儀表技術(shù)與傳感器bookmark0基于dsp的智能型電機(jī)綜合保護(hù)器的設(shè)計(jì)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(jī)綜合保護(hù)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(jì)中采用數(shù)字方法建立電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱模型，對電動(dòng)機(jī)提供準(zhǔn)確的過熱保護(hù)，并具有接地保護(hù)、低壓保護(hù)、斷線監(jiān)測等各種數(shù)字化保護(hù)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(jià)比的32位定點(diǎn)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(gè)獨(dú)立的32位定時(shí)器，以及多達(dá)56個(gè)獨(dú)立編程的gpio引腳。tms320f2812強(qiáng)大的功能使其僅需要極少量外設(shè)即可構(gòu)成一個(gè)功能豐富的硬件系統(tǒng)，可兼顧控制和快速運(yùn)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(gè)輸入按鍵可以設(shè)定系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，如額定電流、保護(hù)動(dòng)作系數(shù)、動(dòng)作延時(shí)時(shí)間等。顯示模塊由一個(gè)液晶模塊、發(fā)光二極管及相應(yīng)驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成，電機(jī)運(yùn)行的當(dāng)前狀態(tài)、電壓、電流、電機(jī)功率、電機(jī)熱狀態(tài)等參量均可通過顯示界面進(jìn)行觀察。當(dāng)有故障發(fā)生時(shí)，相應(yīng)發(fā)光二極管將閃爍以示報(bào)警。顯示模塊中還包括一個(gè)時(shí)鐘發(fā)生器，當(dāng)發(fā)生保護(hù)故障時(shí)能準(zhǔn)確報(bào)告故障發(fā)生的時(shí)間。

1.4模擬量輸入模塊電機(jī)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(jī)實(shí)施啟動(dòng)、停止控制。另外通過裝置的外接端子，可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的遠(yuǎn)方硬手操的啟動(dòng)、停止控制，通過現(xiàn)場通訊總線方式或i/o方式，也可以實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)機(jī)的遠(yuǎn)方軟手操的啟動(dòng)、停止控制。裝置上設(shè)有遠(yuǎn)方和就地選擇開關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(shí)現(xiàn)工作電機(jī)與備用電機(jī)的選擇。

裝置具有掉電檢測及電壓恢復(fù)自啟動(dòng)功能，當(dāng)檢測到裝置掉電時(shí)，dsp通過一個(gè)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(biāo)志位。當(dāng)電壓恢復(fù)時(shí)，通過該標(biāo)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(yuǎn)方數(shù)傳接口。dsp的2個(gè)sci（串口）一個(gè)用于現(xiàn)場調(diào)試設(shè)定系統(tǒng)初始運(yùn)行參數(shù)；另一個(gè)用于實(shí)現(xiàn)modbusrtu131協(xié)議聯(lián)網(wǎng)，可以方便、快捷地實(shí)現(xiàn)與監(jiān)控系統(tǒng)、plc通訊聯(lián)網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)對裝置的遠(yuǎn)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(bào)警信號和遠(yuǎn)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(shí)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(jī)互投'，物理量聯(lián)鎖電機(jī)軟啟動(dòng)等等。iet 2軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(dāng)時(shí)，過熱保護(hù)動(dòng)作，而表示電動(dòng)機(jī)已達(dá)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(rèn)參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)初始化設(shè)置，其后檢查eeprom中是否存在掉電標(biāo)志，若存在掉電標(biāo)志則將當(dāng)電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)積累的過熱量將逐步衰減，設(shè)計(jì)中按指數(shù)規(guī)律進(jìn)行衰減。散熱時(shí)間常數(shù)tr一般為電動(dòng)機(jī)發(fā)熱時(shí)間常數(shù)tr的4倍即認(rèn)為tsr時(shí)間后，電動(dòng)機(jī)又達(dá)到熱平衡。

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

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

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(hù)當(dāng)所有電壓都低于某一設(shè)定門限時(shí)，低電壓保護(hù)產(chǎn)生動(dòng)作。根據(jù)電動(dòng)機(jī)的重要性不同，裝置提供可設(shè)定的延時(shí)保護(hù)功能，以保證電壓短暫降低時(shí)，系統(tǒng)的自恢復(fù)和重要電機(jī)的連續(xù)電動(dòng)機(jī)的跳閘過熱量基準(zhǔn)為工作。

3.4其他保護(hù)功能裝置還設(shè)有后加速保護(hù)、斷相保護(hù)、過流保護(hù)、過壓保護(hù)等功能。后加速保護(hù)功能可以對不同等級的電機(jī)提供不同的動(dòng)作延時(shí)時(shí)間，系統(tǒng)通過對采集值的計(jì)算判斷實(shí)現(xiàn)不同的保護(hù)功能，進(jìn)行保護(hù)動(dòng)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(dòng)作沒有正確執(zhí)行，裝置將發(fā)出報(bào)警信號。當(dāng)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(rèn)為是pt斷線，此時(shí)不進(jìn)行保護(hù)動(dòng)作，僅發(fā)報(bào)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(bào)警功能：斷路器事故跳閘、斷路器操作機(jī)構(gòu)儲能未滿、斷路器輔助節(jié)點(diǎn)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(bào)警信號。

4結(jié)束語智能型電機(jī)綜合保護(hù)器實(shí)現(xiàn)了對電機(jī)的數(shù)字化保護(hù)。實(shí)驗(yàn)運(yùn)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(hù)功能完善以及抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。多臺智能型保護(hù)器組網(wǎng)后能方便實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方監(jiān)控操作，具有良好的應(yīng)用前景。