儀表技術(shù)與傳感器bookmark0基于dsp的智能型電機綜合保護器的設(shè)計姚劍（北京理工大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京100081）一種智能型電機綜合保護器，介紹了基于dsp的硬件系統(tǒng)以及用c語言編寫的軟件系統(tǒng)。設(shè)計中采用數(shù)字方法建立電動機的發(fā)熱模型，對電動機提供準確的過熱保護，并具有接地保護、低壓保護、斷線監(jiān)測等各種數(shù)字化保護監(jiān)測功能。，包括dsp、鍵盤輸入模塊、模擬量輸入模塊、控制及存儲模塊、顯示模塊、通訊模塊以及聯(lián)鎖模塊。

硬件系統(tǒng)組成框圖dsp選用ti公司的一款用于控制領(lǐng)域的高性能、多功能、高性價比的32位定點dsp芯片tms320f2812112l該芯片最高可在150mhz主頻下工作，帶有128kx16位片上flash器件具有豐富的外設(shè)資源，主要包括2x8路12位adc、2路sci、1路spi、1路mcbsp、1路ecan等，另外，該器件還有3個獨立的32位定時器，以及多達56個獨立編程的gpio引腳。tms320f2812強大的功能使其僅需要極少量外設(shè)即可構(gòu)成一個功能豐富的硬件系統(tǒng)，可兼顧控制和快速運算的雙重功能。

1.3鍵盤輸入模塊和顯示模塊通過裝置的6個輸入按鍵可以設(shè)定系統(tǒng)的運行參數(shù)，如額定電流、保護動作系數(shù)、動作延時時間等。顯示模塊由一個液晶模塊、發(fā)光二極管及相應(yīng)驅(qū)動電路構(gòu)成，電機運行的當前狀態(tài)、電壓、電流、電機功率、電機熱狀態(tài)等參量均可通過顯示界面進行觀察。當有故障發(fā)生時，相應(yīng)發(fā)光二極管將閃爍以示報警。顯示模塊中還包括一個時鐘發(fā)生器，當發(fā)生保護故障時能準確報告故障發(fā)生的時間。

1.4模擬量輸入模塊電機的電壓/電流通過相應(yīng)的電壓/電流互感器變換為3v以下的電壓，并通過一級射級跟隨器隔離后作為待采樣信號送入dsp的片上a/d. 1.5控制及存儲模塊通過裝置上的控制按鈕可以方便的對電機實施啟動、停止控制。另外通過裝置的外接端子，可以實現(xiàn)電動機的遠方硬手操的啟動、停止控制，通過現(xiàn)場通訊總線方式或i/o方式，也可以實現(xiàn)對電動機的遠方軟手操的啟動、停止控制。裝置上設(shè)有遠方和就地選擇開關(guān)，可以實現(xiàn)遠方和就地控制的互為閉鎖；工作、備用選擇開關(guān)的設(shè)置可以方便地實現(xiàn)工作電機與備用電機的選擇。

裝置具有掉電檢測及電壓恢復(fù)自啟動功能，當檢測到裝置掉電時，dsp通過一個大電容供電，在0.5s內(nèi)將重要數(shù)據(jù)寫入eeprom，并設(shè)置一掉電標志位。當電壓恢復(fù)時，通過該標志位可重新加載備份數(shù)據(jù)。

1.6通訊模塊通訊模塊包括現(xiàn)場調(diào)試接口和遠方數(shù)傳接口。dsp的2個sci（串口）一個用于現(xiàn)場調(diào)試設(shè)定系統(tǒng)初始運行參數(shù)；另一個用于實現(xiàn)modbusrtu131協(xié)議聯(lián)網(wǎng)，可以方便、快捷地實現(xiàn)與監(jiān)控系統(tǒng)、plc通訊聯(lián)網(wǎng)，從而實現(xiàn)對裝置的遠方智能管理1.7聯(lián)鎖模塊裝置不僅可以輸出裝置故障信號、裝置失電信號、事故報警信號和遠方允許操作信號，還具有5路可編程輸入和1路可編程輸出，通過可編程端子，裝置可以實現(xiàn)豐富的聯(lián)鎖控制功收稿眺-04-17收修改稿日期：-10觸趾能比如電機互投'，物理量聯(lián)鎖電機軟啟動等等。iet 2軟件系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)在ccs開發(fā)環(huán)境中由c語言編寫完成，流當時，過熱保護動作，而表示電動機已達到熱平衡，無積累過熱量。

程圖如所示。

軟件開始執(zhí)行，首先用默認參數(shù)進行系統(tǒng)初始化設(shè)置，其后檢查eeprom中是否存在掉電標志，若存在掉電標志則將當電動機停止運轉(zhuǎn)電動機積累的過熱量將逐步衰減，設(shè)計中按指數(shù)規(guī)律進行衰減。散熱時間常數(shù)tr一般為電動機發(fā)熱時間常數(shù)tr的4倍即認為tsr時間后，電動機又達到熱平衡。

若電動機因過熱被切除，不斷檢查電動機的過熱狀態(tài)，當x>70%t時，保護功能禁止電動機再次啟動，避免由啟動電流引起過高溫升，損壞電動機。緊急情況下，如在過熱狀態(tài)下還需啟動電動機，也可以操作裝置面板人為清除熱記憶值。

3.2接地保護對于較長距離供電且中心點為大電流接地系統(tǒng)的低壓電機機端發(fā)生接地故障時，電機瞬時脫扣器的保護靈敏度往往不夠，為此本裝置設(shè)置了接地保護功能。裝置采集并計算出零序電流1，當1大于用戶設(shè)定值時，裝置切斷電動機。

對于小電流接地系統(tǒng)，空氣開關(guān)所配套的脫扣器難以檢測出接地故障裝置采用零序功率方向原理，能精確指出故障線路。

3.3低電壓保護當所有電壓都低于某一設(shè)定門限時，低電壓保護產(chǎn)生動作。根據(jù)電動機的重要性不同，裝置提供可設(shè)定的延時保護功能，以保證電壓短暫降低時，系統(tǒng)的自恢復(fù)和重要電機的連續(xù)電動機的跳閘過熱量基準為工作。

3.4其他保護功能裝置還設(shè)有后加速保護、斷相保護、過流保護、過壓保護等功能。后加速保護功能可以對不同等級的電機提供不同的動作延時時間，系統(tǒng)通過對采集值的計算判斷實現(xiàn)不同的保護功能，進行保護動作。

3.5合、跳閘回路、pt斷線監(jiān)測裝置可監(jiān)測合、跳閘回路狀態(tài)，若裝置發(fā)出的合、跳閘動作沒有正確執(zhí)行，裝置將發(fā)出報警信號。當ct檢測到有電流輸入，但有某一路或某兩路pt無電壓輸入，則認為是pt斷線，此時不進行保護動作，僅發(fā)報警信號，提示用戶檢查pt線路。

3.6其他監(jiān)測功能裝置還設(shè)有以下監(jiān)測報警功能：斷路器事故跳閘、斷路器操作機構(gòu)儲能未滿、斷路器輔助節(jié)點位置不對應(yīng)、裝置電源失電、裝置本身故障，對于以上情況裝置均能輸出報警信號。

4結(jié)束語智能型電機綜合保護器實現(xiàn)了對電機的數(shù)字化保護。實驗運行及現(xiàn)場使用結(jié)果表明，該裝置具有使用方便、性能可靠、保護功能完善以及抗干擾能力強等特點。多臺智能型保護器組網(wǎng)后能方便實現(xiàn)遠方監(jiān)控操作，具有良好的應(yīng)用前景。