鄭月節1 陳江2 李海全3 蔡磊4
江蘇安科瑞電器製造有限公司，江蘇 江陰 214405）
中國海誠工程科技股份有限公司，上海 徐彙 200031）
摘 要 : 為了提高智能電動機保護器產品精度及可靠性，基於數字電子技術、模擬電子線路、單(dan)片(pian)微(wei)型(xing)計(ji)算(suan)機(ji)及(ji)上(shang)位(wei)機(ji)語(yu)言(yan)，開(kai)發(fa)了(le)一(yi)套(tao)自(zi)動(dong)檢(jian)測(ce)係(xi)統(tong)。介(jie)紹(shao)了(le)係(xi)統(tong)的(de)軟(ruan)硬(ying)件(jian)設(she)計(ji)，並(bing)進(jin)行(xing)多(duo)次(ci)測(ce)試(shi)。測(ce)試(shi)結(jie)果(guo)表(biao)明(ming)，該(gai)係(xi)統(tong)能(neng)對(dui)智(zhi)能(neng)電(dian)動(dong)機(ji)保(bao)護(hu)器(qi)自(zi)動(dong)施(shi)加(jia)信(xin)號(hao)，以(yi)檢(jian)驗(yan)其(qi)精(jing)度(du)、保(bao)護(hu)功(gong)能(neng)及(ji)附(fu)加(jia)性(xing)能(neng)，自(zi)動(dong)判(pan)別(bie)測(ce)試(shi)結(jie)果(guo)是(shi)否(fou)滿(man)足(zu)技(ji)術(shu)指(zhi)標(biao)要(yao)求(qiu)，且(qie)檢(jian)測(ce)結(jie)束(shu)後(hou)能(neng)實(shi)現(xian)測(ce)試(shi)數(shu)據(ju)的(de)自(zi)動(dong)保(bao)存(cun)與(yu)打(da)印(yin)。與(yu)常(chang)規(gui)的(de)人(ren)工(gong)測(ce)試(shi)係(xi)統(tong)相(xiang)比(bi)，具(ju)有(you)檢(jian)測(ce)效(xiao)率(lv)高(gao)、測試過程規範、自動化程度高、準確度高、通用性強、測試數據管理便捷等特點。該自動檢測係統已在公司流水線上正常運行，被證明是切實可行的。
關鍵詞: 智能電動機保護器；自動檢測；單片機；上位機軟件；
0 引言
智能電動機保護器具有遠程通信接口，模擬量輸入輸出、開關量輸入輸出，與傳感器、PLC、PC等組成控製係統，能實現電動機運行的遠程監控[1] ，適用於煤礦、石化、冶煉、電力、船舶、汙水處理等領域的自動化管控、民用建築的智能管理。由於用戶需要功能多樣、保(bao)護(hu)功(gong)能(neng)複(fu)雜(za)，所(suo)以(yi)其(qi)可(ke)靠(kao)性(xing)涉(she)及(ji)到(dao)多(duo)方(fang)麵(mian)指(zhi)標(biao)，為(wei)了(le)確(que)保(bao)產(chan)品(pin)的(de)質(zhi)量(liang)，智(zhi)能(neng)電(dian)動(dong)機(ji)保(bao)護(hu)器(qi)的(de)各(ge)項(xiang)指(zhi)標(biao)在(zai)出(chu)廠(chang)之(zhi)前(qian)均(jun)需(xu)要(yao)經(jing)過(guo)嚴(yan)格(ge)的(de)檢(jian)測(ce)。目(mu)前(qian)，對(dui)其(qi)檢(jian)測(ce)采(cai)用(yong)手(shou)動(dong)方(fang)式(shi)，故(gu)存(cun)在(zai)檢(jian)測(ce)工(gong)序(xu)繁(fan)瑣(suo)、工作效率不高、可靠性低、檢測流程不規範、jianceshujucunchumafanqiewufazidongdayindengwenti，zengjialegaichanpindeshengchanchengben，zhiyueleqiyedeshengchanxiaolvhexiaoyidetigao，bunengmanzuxiandaidaguimodegaoxiaoshengchanhejiancedexuyao。ciwai，kehuduichanpingongnengdedingzhihaicunzaiduoyanghuatedian，gushixianzhinengdiandongjibaohuqidezidongjianceyouzhezhongyaodeyiyi。
高精度電子元器件、現(xian)代(dai)單(dan)片(pian)機(ji)技(ji)術(shu)以(yi)及(ji)數(shu)據(ju)庫(ku)技(ji)術(shu)的(de)發(fa)展(zhan)，使(shi)得(de)自(zi)動(dong)檢(jian)測(ce)智(zhi)能(neng)電(dian)動(dong)機(ji)保(bao)護(hu)器(qi)成(cheng)為(wei)可(ke)能(neng)。可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)上(shang)位(wei)機(ji)控(kong)製(zhi)整(zheng)個(ge)檢(jian)測(ce)過(guo)程(cheng)，采(cai)用(yong)單(dan)片(pian)機(ji)技(ji)術(shu)實(shi)現(xian)信(xin)號(hao)的(de)產(chan)生(sheng)並(bing)控(kong)製(zhi)信(xin)號(hao)的(de)通(tong)斷(duan)，應(ying)用(yong)串(chuan)口(kou)服(fu)務(wu)器(qi)技(ji)術(shu)控(kong)製(zhi)多(duo)表(biao)位(wei)通(tong)信(xin)，借(jie)助(zhu)遠(yuan)程(cheng)服(fu)務(wu)器(qi)技(ji)術(shu)進(jin)行(xing)測(ce)試(shi)數(shu)據(ju)的(de)存(cun)儲(chu)等(deng)組(zu)成(cheng)一(yi)個(ge)自(zi)動(dong)檢(jian)測(ce)係(xi)統(tong)，以(yi)降(jiang)低(di)生(sheng)產(chan)成(cheng)本(ben)、提高了檢測效率、消除人工記錄時易產生錯誤等弊端[2,3,4] 。
1 係統基本要求
該係統需能自動完成對保護器各設定參數、數顯精度、保護功能、附加功能等進行全麵的檢測，並且能自動判別檢測結果是否符合產品技術指標要求，同時還應具有測試結果的存儲、統計、查詢以及檢測報告輸出等功能[5,6] 。該係統主要需求和技術指標如下：
(1) 使用產品範圍。適合各種不同規格的智能電動機保護器。
(2) 工作模式。全自動與單個檢測項自動並存。
(3) 工作環境。魯棒性強，能夠應對流水線突然斷電、人員誤操作等突發情況。
(4) 檢測效率。可同時檢測多台相同規格的電動機保護器，並要求檢測時間短。
(5) 功率源的技術指標。輸出電壓範圍為：AC 3×30V~ 3×450V；輸電流範圍為：AC 0.1A~800A；移相範圍為：0~360°；電壓電流輸出頻率範圍為：45Hz~65Hz；電壓、電流正弦波輸出時波形的失真度<0.5%；正弦波輸出時功率源的電壓、電流、功率穩定度<0.1%；可以驅動阻性、感性、容性(<4uF)負載；具有內置的輸出電壓短路和輸出電流開路自動檢測保護功能。
(6) 分機控製單元。能夠與被檢測保護器及上位機通信，能采集到保護器的開關量輸入、模擬量輸入，並具有開關輸出控製和計時功能。
2 係統硬件結構原理
係統基本原理框圖如圖1所示。該係統主要模塊包括：PC機，RS-485擴展通信模塊，波形發生模塊，電流、電壓功放及切換裝置，分機控製模塊，打印機等。
圖1 係統基本原理框圖
（1）PC機。PC機作用於上位機操作，主要實現人機交互功能，負責完成檢測參數的設定、檢測的啟停控製、檢測過程的實時監控、檢測結果的保存與打印等工作，是完成整個檢測過程不可或缺的設備。
（2）RS-485擴展通信模塊。該模塊主要完成PC機、波形發生模塊、分機控製模塊以及被檢測保護器之間的通信。
（3）波形發生模塊。波形發生模塊（精密數字式信號源）產生檢測中所需要的各類信號，通過電流、電壓切換裝置控製打開電流、電壓輸出，並最終流入智能電動機保護器中進行精度、保護、開關量等功能的檢測。
（4）電流、電壓功率放大器。係統功率放大器采用了PWM功率放大技術，並設計了電壓短路過載，電流開路過載及快速限流保護措施，確保功率放大器長期穩定可靠的工作。
（5）電流、電壓切換裝置。單台電流切換裝置示意圖如圖2suoshi，gaizhuangzhizhuyaoyouduanlujidianqiheshuchujidianqizucheng，nenggouyouxiaodebimiandianliukailu。tongguoduanlujidianqiheshuchujidianqizhijiandeqiehuan，kekongzhibaohuqishurudianliudeyouwu；通過選擇短路繼電器某一路或某幾路閉合，可以得到單相電流或多相電流。單台電壓切換裝置示意圖如圖3所示，通過控製繼電器的斷開閉合，來決定是否輸入電壓信號。
圖2 電流切換裝置示意圖
圖3 電壓切換裝置示意圖
（6）分機控製模塊。具有9路開關量輸出，5路開關量輸入，可以控製、檢測保護器的開關量輸入、輸出狀態；具有直流模擬量測量信號，範圍為4-20mA，可以對保護器模擬量輸出進行檢測；采用硬件時鍾計時，精度為ms級，能統計故障的脫扣時間；擁有RS485通信接口，可與保護器、PC機間進行通信。
（7）打印機。用於打印檢測結果，形成產品出廠檢驗報告。
3 檢測流程及軟件
zhinengdiandongjibaohuqizidongjiancexitongruanjianzhuyaobaokuoxiaweijiruanjianheshangweijiruanjianlianggebufen。xiaweijizhuyaojieshoushangweijidezhiling，wanchengduixitonggebufenyingjiandeshishikongzhi，bingshishicaijixitongzhongcanshuhebianliang。shangweijizhuyaoshixianrenjijiaohu、檢測參數的設置、檢測流程控製等功能。
3.1 下位機軟件
該係統控製模塊的CPU為Cortex-M3內核的STM32單片機，用於各硬件模塊的實時控製。下位機軟件即單片機程序，其主程序流程如圖4所示。係統上電後，首先進行係統初始化，包括單片機的配置、I/O口初始化等，然後通過鍵盤或上位機輸入不同控製命令，來完成對外部各種模塊的控製。
圖4 單片機程序主流程圖
3.2 上位機軟件
上位機程序流程圖如圖5所示。運行軟件後，先輸入對應分機單元接入的保護器序列號，係統會自動設定好檢測參數；然後，啟動檢測過程直到檢測結束。
圖5 上位機程序流程圖
（1）yishedingcanshudejiance。jiangbeijiancedebaohuqijicunqizhiduqubingbaocun，ranhoujiangqiyuzhengquedepeizhicanshuzuobijiao，hegehoujinruxiayixiangceshi，fouzetuihuitiaoshibumen，daitiaoshizhengquehoufangkejinxingqitaxiangceshi。
（2）數(shu)顯(xian)精(jing)度(du)檢(jian)測(ce)。將(jiang)信(xin)號(hao)源(yuan)升(sheng)到(dao)對(dui)應(ying)檢(jian)測(ce)所(suo)需(xu)的(de)信(xin)號(hao)，等(deng)待(dai)信(xin)號(hao)源(yuan)工(gong)作(zuo)穩(wen)定(ding)後(hou)，讀(du)出(chu)對(dui)應(ying)保(bao)護(hu)器(qi)的(de)顯(xian)示(shi)值(zhi)，計(ji)算(suan)誤(wu)差(cha)進(jin)行(xing)判(pan)斷(duan)，結(jie)束(shu)此(ci)項(xiang)精(jing)度(du)檢(jian)測(ce)。其(qi)中(zhong)，在(zai)檢(jian)測(ce)過(guo)程(cheng)中(zhong)啟(qi)動(dong)報(bao)文(wen)確(que)認(ren)機(ji)製(zhi)。精(jing)度(du)檢(jian)測(ce)的(de)流(liu)程(cheng)圖(tu)如(ru)圖(tu)6所示。
圖6 精度檢測流程圖
（3）保護功能檢測。包括過載、斷相、接地、剩餘電流、堵轉、阻塞、不平衡等功能檢測，主要檢測流程如圖7所suo示shi。檢jian測ce開kai始shi後hou，為wei了le防fang止zhi之zhi前qian項xiang檢jian測ce的de幹gan擾rao，首shou先xian切qie斷duan電dian流liu的de輸shu入ru信xin號hao，然ran後hou根gen據ju檢jian測ce需xu要yao，升sheng起qi相xiang應ying的de故gu障zhang信xin號hao，打da開kai對dui應ying檢jian測ce項xiang的de脫tuo扣kou使shi能neng位wei，並bing屏ping蔽bi其qi他ta脫tuo扣kou位wei。其qi中zhong，為wei了le防fang止zhi保bao護hu器qi工gong作zuo狀zhuang態tai處chu於yu脫tuo扣kou，影ying響xiang到dao檢jian測ce結jie果guo，需xu對dui保bao護hu器qi進jin行xing一yi次ci遠yuan程cheng複fu位wei操cao作zuo，隨sui後hou操cao作zuo繼ji電dian器qi，給gei保bao護hu器qi輸shu入ru信xin號hao，同tong時shi對dui分fen機ji單dan元yuan發fa送song計ji時shi命ming令ling（該命令為廣播包命令），此後不斷的讀取保護器運行狀態。若讀到保護器為脫扣狀態，則分機發送讀取計時命令，獲取脫扣時間進行判斷是否合格；否則，在超過規定的最大設定不脫扣閾值後仍然不脫扣，就判斷該保護器該項功能不合格。
圖7 保護功能檢測流程圖
（4）附加功能檢測。根據客戶的訂貨單，進行附加功能檢測，主要包括：欠載、起動超時、短路、欠電壓、過電壓、欠功率、過功率、相xiang序xu等deng保bao護hu以yi及ji故gu障zhang記ji錄lu和he開kai關guan量liang。基ji本ben檢jian測ce流liu程cheng與yu保bao護hu功gong能neng檢jian測ce相xiang似si，其qi中zhong對dui於yu開kai關guan量liang的de檢jian測ce需xu要yao單dan個ge開kai關guan量liang依yi次ci檢jian測ce，防fang止zhi開kai關guan量liang之zhi間jian的de短duan接jie。
（5）恢複出廠設置。針對檢測過程中對保護器參數的修改，在檢測結束前必須要恢複出廠設置，保證保護器出廠時滿足各項技術指標要求。
（6）保(bao)存(cun)結(jie)果(guo)。係(xi)統(tong)將(jiang)測(ce)試(shi)數(shu)據(ju)與(yu)結(jie)果(guo)存(cun)入(ru)了(le)遠(yuan)程(cheng)服(fu)務(wu)器(qi)數(shu)據(ju)庫(ku)中(zhong)，利(li)用(yong)存(cun)儲(chu)過(guo)程(cheng)來(lai)實(shi)現(xian)數(shu)據(ju)庫(ku)的(de)操(cao)作(zuo)。數(shu)據(ju)保(bao)存(cun)結(jie)束(shu)後(hou)，檢(jian)驗(yan)人(ren)員(yuan)可(ke)以(yi)利(li)用(yong)上(shang)位(wei)機(ji)中(zhong)的(de)報(bao)表(biao)管(guan)理(li)模(mo)塊(kuai)對(dui)出(chu)廠(chang)檢(jian)驗(yan)報(bao)表(biao)進(jin)行(xing)輸(shu)出(chu)。係(xi)統(tong)的(de)報(bao)表(biao)功(gong)能(neng)是(shi)通(tong)過(guo)企(qi)業(ye)級(ji)報(bao)表(biao)開(kai)發(fa)工(gong)具(ju)來(lai)實(shi)現(xian)的(de)。
4 測試結果及分析
該自動化檢測係統經過不同規格型號的智能電動機保護器多次測試，結果表明：係統能夠準確、規範、高效的完成檢測過程。其中多台全功能保護器一次檢測完成時間為5min左右，較常規的手動檢測，極大的提高了生產效率。某種全功能保護器的一次準確度檢測結果與功能檢測結果分別如表1和表2所示。
表1 準確度檢測結果
表2 功能檢測結果
5 結 語
智能電動機保護器自動檢測係統具有人機界麵友好、操作簡單、自zi動dong化hua程cheng度du高gao等deng優you點dian。檢jian測ce結jie果guo表biao明ming，係xi統tong達da到dao了le預yu期qi的de各ge項xiang技ji術shu指zhi標biao。在zai整zheng個ge檢jian測ce過guo程cheng中zhong，基ji本ben無wu需xu人ren為wei幹gan預yu，檢jian測ce自zi動dong化hua程cheng度du高gao，最zui大da限xian度du地di保bao證zheng檢jian測ce過guo程cheng的de規gui範fan性xing與yu測ce試shi結jie果guo的de客ke觀guan性xing。經jing測ce試shi，在zai自zi動dong檢jian測ce模mo式shi下xia，多duo台tai全quan功gong能neng保bao護hu器qi完wan成cheng整zheng個ge檢jian測ce流liu程cheng需xu要yao時shi間jian大da大da地di得de到dao了le縮suo短duan。此ci外wai，該gai係xi統tong稍shao加jia修xiu改gai即ji可ke用yong於yu其qi他ta儀yi表biao的de自zi動dong檢jian測ce，具ju有you適shi用yong範fan圍wei廣guang等deng特te性xing。
文章來源於：《低壓電器》2013年第22期。
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