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基于PIC单片机的三相异步电动机智能保护器设计

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基于PIC单片机的三相异步电动机智能保护器设计
□石光尧
【摘要】本设计中的智能型三相异步电动机保护器的特点是以PIC单片机为控制核心，
以实现对电机进行运行保护和故障监

测的目的，可以较好地解决了三相异步电机的综合保护问题
。
【关键词】异步电动机；智能保护器；PROFIBUS－DP
【作者单位】石光尧，
大庆师范学院

一、引言
随着现代计算机技术和微电子技术的不断发展，在电机保护装置的开发中也引入了微处理器，加强了通讯功能和信号处理功能，从而使电机保护技术由机电式向智能化过渡。智能化的保护器能够有效进行断相保护、短路保护、三相不平衡保护、堵转保护、接地保护、欠电压保护、过电压保护，过载保护，同时还拥有故障记忆、电流电压显示等改进功能。智能保护器通过与各种传感器相配合，可以实现电机各项参数的在线检测和显示，对电机的各种早期故障进行保护和识别，真正实现了智能控制和检测。此类智能型保护器具有节能、精确度高、动作灵敏、保护功能全、重复性好等优点，代表了当前智能型电机保护器的发展趋势。二、系统硬件部分设计三相异步电动机智能保护器的硬件结构，主要由电压和电流检测模块、开关量输入模块、电源模块、人机接口键盘模块、继电器输出模块、中央处理器模块、液品显示模块、PROFI－BUS通信模块等部分组成。（一）电流信号采集电路。为了有效地实现短路保护、断相保护、接地保护、相不平衡保护、堵转保护和过载保护，以及实时监控异步电动机运行参数，必须对电动机的电流进行检测。首先运用电流互感器把电流信号转化成电压信号，再经过整流、滤波处理可以得到电压值，然后将直流电压通过分压电阻分压成0～5．0V范围内的电压信号，提供给PIC单片机的模/数转换通道。和电压采集电路相类似，为了提高数据采样精度，采样保持电路分别对电压进行了1倍跟随和3倍放大，从而转化为两路模/数输入到单片机中。（二）电压信号采集电路。为了实现过电压、低电压时对电动机的保护，以及实时监控异步电动机运行参数，必须首先检测电动机的电压。经过电压互感器对检测到的电压信号进行隔离降压处理，由于电压互感器采集到的是正弦交流电压信号，必须先由整流电路将其整流为直流电压信号。此时的直流电压中仍含有一些较大的纹波，可以通过滤波电路滤波来得到平滑的直流电压信号。然后将直流电压信号通过分压电阻分压成0～5．0V的电压信号。提供给单片机的模/数转换通道。为了提高采样电路的采样精度，可添加采样保持电路分别对电压进行了1倍跟随和3倍放大，从而转化为两路A/D输入PIC单片机中。（三）PROFIBUS－DP通信接口。PROFIBUS－DP通信接口主要有两部分纽成：SPC3串行口转485接口部分以及单片机与SPC3数据交换部分。PIC单片机通过地址总线和数
据总线与SPC3相连，访问SPC3中大小为1．5K的RAM，从
而和SPC3进行数据交换
。
为了方便快速的实现和连接PROFIBUS现场总线，在本
设计中选用siemens提供的专用通信接口芯片SPC3来完成
PROFIBUS－DP总线的通信协议建立，从而降低开发成本，
简

化开发过程
。
三、系统软件部分设计
PIC
单片机可以根据采集得到的数据对三相异步电动机

进行故障诊断，此过程由软件程序来完成，因此，编写诊断程
序也就成为了本设计中最主要部分。首先，将软件系统分为
PROFIBUS通信模块和诊断与保护模块。
（一）PROFIBUS通信模块。PROFIBUS
通信模块的主要

作用在于启动SPC3、系统初始化、外部信号以及中断查询事
务的处理、数据的接收和发送以及处理从站诊断事务
。Sie-
mens为用户提供了SPC3的固态程序，
用于实现单片机和

SPC3内部寄存器之间的连接。固件包含：
头文件研

SPC3DPS．H、主程序USERSPC3的初始化、
变量定义和宏接

口、启动SPC3、发送及接收数据和诊断、处理外部信号、中断
模块INTERSPC3．C，主要负责设定从站地址、检查组态数据
、
处理分配从站参数、定义输入输出数据长度计算、缓冲区初
始化、辅助缓冲区分配等函数
。
（二）诊断与保护模块。
诊断与保护模块的流程如图三

所示，也在此一并说明显示程序。首先，系统上电后对各参
数进行初始化，然后启动模/数转换进行电流及电压参数采
样和保持。电动机启动以后，再根据事先采样得到的参数
进行故障诊断。若发现故障，则对电机实施保护，触发继电
器，并将故障信息传送到液晶显示器，若没有发现故障，则
将电机运行的各项参数实时传送到液晶显示器进行实时监
控
。
四、结语
本设计中所用dSPIC30F6014单片机的性价比较好，而且
本身所带的16路高速模/数转换通道可以有效的在模拟信
号检测上提高了系统整体的可靠性。而实际的开发过程也
可以证明，如果利用SPC3芯片进行PROFIBUS系列产品的
开发，不仅可以实现开发过程的简单化，还可以有效地节省
开发人力和开发时间
。

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基于PIC技术的新型低压电动机保护控制器设计

基于PIC技术的新型低压电动机保护控制器设计

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问题 ， 如果 不采 取 相应 的保 护措 施 ， 电机 往往 会被
集保 护 、 控制 、 测 、 监 通信 等 功 能 于 一体 的低 压 电 动机 保 护控 制器 的设 计 与 实 现 方 案 ， 提 出 了一 并
种新 型失 电再起 动 的实 现方 法 。
烧 坏 ， 致 本 工 序 、 工 序 乃 至 整 个 生 产 线 的停 导 下
关 键 词 ：电动 机 保 护 ；全 波 傅 氏算 法 ；通 信 协 议 ；再 起 动 中图 分 类 号 ： Ｍ ５ １２ Ｔ ５ ４ 文 献 标 志 码 ：Ｂ 文 章 编 号 ：１０ －５ １ ２ １ ） Ｔ ７ ． ： Ｍ ６ ０ １５ ３ （ ０ ２
Ｏ３—０】 Ｏ Ｏ ６— ５
男 ， 程 师 ， 要 从 工 主
Ｐ ＥＮＧ Ｊ ｎｉ Ｗ ＮＧ Ｙ ｎ ｕ ， Ｙ ｈ ， Ｓ 凡 ｕ ｌ ｎ， Ａ ａ ｇ ｏ Ｕ Ｚ ｅ ＨＩ ｇ
（ ａｊ ｇＮ Ｒ ・ ｅａｓＥｅｔｃＣ ． ｔ． Ｎ ｎ ｎ １ ２ ｈｎ ） Ｎ ｎｉ Ａ Ｉ ｌ ｌ ｒ ｏ ，Ｌｄ ， ａｊ ｇ １ ，Ｃ ｉａ ｎ Ｒ ｙ ｃｉ ｉ ２ １０
０ 引 言
低 压 三相 异步 电动机在 工 矿企业 应 用 向 装
发展 。 本 文介 绍 了一种 基 于 Ｐ Ｃ ２ ５ ５ Ｉ ３ ＭＸ ７ Ｆ处 理 器 ，
遍 。但 因电 网波动 、 动 、 传 负载 、 环境 等 原 因 ， 电机 往 往会 遇 到 过 流 、 相 、 转 、 电 、 压 、 压 等 缺 堵 漏 低 过
基于PLC的三相异步电机星三角起动控制系统设计

基于PLC的三相异步电机星三角起动控制系统设计

基于PLC的三相异步电机星三角起动控制系统设计摘要基于PLC始终在工业自动化控制领域的占有主要地位，为形式多样的自动化控制设备提供了可靠的控制应用。

它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化的需要。

PLC在三相异步电动机控制中的应用，与传统的继电器控制相比具有速度快，可靠性高，灵活性强，功能完善等优点。

本文设计了三相异步电动机的PLC控制电路，主要研究了异步电动机的星三角减压起动、正反转以及停止控制，画出及其相应的输入输出接线图，根据继电器控制电路图作出PLC控制梯形图，最后给出控制指令。

关键词：PLC 星三角启动三相异步电动机电气控制绪论三相异步电动机直接启动控制线路简单、经济，但受到电源容量的限制。

当电动机容量较大，启动时会产生较大的启动电流，引起电网电压下降，因此必须采用降压启动的方法，限制启动电流。

星一三角降压启动则是常用的限制启动电流的控制线路。

在传统的星一三角启动控制线路中，采用继电一接触器控制系统，该系统采用大量的低压电器，如接触器，时间继电器等，虽然成本较低，但足可靠性很差，查找和排除故障困难，如果产品需要更新、生产工艺需要变化时，控制系统的元件和接线也须作相应的变动，这种变动工作量大，工期长，费用高。

因此，传统的继电一接触器控制已不能适应现代工业自动化的高标准，严要求。

由于PLC综合了计算机和自动化技术，所以它发展日新月异，大大超过其出现时的技术水平，它不但可以很容易的完成逻辑，顺序，定时，计数，数字运算，数据处理等功能，而且可以通过输入输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系，从而实现生产过程的自动化控制。

特别是超大规模集成电路的迅速发展以及信息，网络时代的到来，扩展了PLC的功能，使它具有很强的联网通讯能力，从而更广泛的运用于众多行业。

1 三相异步电动机基础1.1 三相异步电动机的结构三相异步电动机由静止的定子和旋转的转子两个重要部分组成，定子和转子之间由气隙分开。

基于PLC的交流异步电动机故障预估与保护系统设计

基于PLC的交流异步电动机故障预估与保护系统设计

基于PLC的交流异步电动机故障预估与保护系统设计作者：陈飞马剑来源：《名城绘》2020年第07期摘要：三相异步电动机工业生产中电能转化为机械能的重要单元，为人类的进步和发展做出了不可磨灭的贡献。

自变压变频技术和设备成熟以来几乎完全取代了直流电机全面进入到了人们的生产生活中来。

虽然三相异步电动机价格相对低廉、结构性能稳定，但其工作的可靠性也慢慢进入到大家关注的视野。

本文针对应用最为广泛的鼠笼型三相异步电动机，以工业应用成熟的PLC为控制器，通过对电动机定子电压、定子电流、电机转速、电机震动等运行参数的采集和判定，展开鼠笼型三相异步电动机的故障预估与保护系统的研究和设计，对电动机安全运行具有重要意义。

关键词：PLC;电机;故障预估与保护电动机自问世以来就在社会生产和人们生活中扮演着重要的角色[1-2]。

电动机就电源类型而言可分为直流电机和交流电机。

交流电机又分为单相电机和三相异步电机。

三相异步电机按转子类型又分为绕线式转子异步电动机和鼠笼型转子异步电动机，后者因结构简单、价格低廉而被广泛应用。

伴随着变压变频调速技术和设备的不断成熟和发展，三相异步电动机几乎全面进入到了人们的生产生活中来。

对于企业而言系统和设备的稳定可靠才是最重要的指标。

但由于电源质量、电机制造本身、维护保养等问题，三相异步电动机也频繁出现故障影响生产生活[3-4]，本文针对这一问题开展了以下研究工作。

1鼠笼型三相异步电动机故障分类与统计电机故障主要分为电气故障和机械故障，每种故障的发生都伴随有相应的运行参数异常变化。

从上世纪60年代开始对于电机故障诊断技术的研究至今已经有近60年的时间了。

通过对大量的电机故障分析发现，定子绕组的故障占了绝大部分，其中短路故障占比超过了50%，其他还包括转子故障，气隙故障，轴承故障等。

经过调研和统计分析，鼠笼式三相异步电动机常见且对应运行状态参数可测的故障类型及危害统计如表1所示。

2 鼠笼型三相异步电动机故障预估与保护系统设计2.1 数据采集系统设计依据上节所列故障类型和运行状态参数表征可知，七类故障类型对应到运行参数可分为：电压、电流、温度、振动和转速。

基于单片机的电动机智能保护监测系统的设计

基于单片机的电动机智能保护监测系统的设计

第７卷第２期７００８年３月漯河职业技术学院学报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＬｕｏｈｅＶｏｃａｔｉｏｎａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏｌｌｅｇｅＶｕ】．７ＮＯ．２Ｍａｒ．２００８基于单片机的电动机智能保护监测系统的设计于亚征１，沈祥鸿２（１．河南理工大学，河南焦作４５４０００；２．商丘职业技术学院，河南商丘４７６０００）÷・辱‘・÷ｒ争ｒ争・夺。

夺‘寺‘寺。

寺’・专・寺・辱‘・争・争・｛・・争・争・争－寺－・寺－孛・孛・÷・夺・夺・夺・牛・毒－・＋・÷・专・夺・÷・夺・孛・年・÷・夺・寺・—｝・寺－・争・争・夺ｒ夺，ｔ｝．．｝．．｝．摘要：为了减少电动机的损坏次数及设备故障率，提高电动机运行的可靠性，设计了以８０Ｃ１９６ＫＣ单片机为控制核心的电动机智能保护监测系统。

关键词：电动机保护；单片机；智能监测；故障中图分类号：ＴＰ２７４文献标识码：Ａ文章编号：１６７１—７８６４（２００８）０２—００１６—０２‘｝。

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・÷一争・争・夺・争・＋・÷・十，牛・辛－・牛・牛－・寺－．牵・÷・年・寺一争・争・争・争－｛，・孛・＿争・孛・争・辱－・争・孛・÷・÷・寺・寺．・夺・争・夺・＋・夺・系统以８０Ｃ１９６ＫＣ为控制核心，由Ａ／Ｄ转换接口电路、电流输入采样电路、动态液晶显示驱动电路、故障数据保护存储电路、输ｍ接点控制电路、故障报警控制电路等硬件电路组成。

系统结构如图ｌ所示。

一嚣誉Ｈ鬻薹卜—ｌ篙Ｚ一Ｒ３接－４口８５墨慧ＨＩ变换电路ＬＩ口ａ感电路Ｉ……Ｕｏ∞Ｉ埔睹船ｌ……’憾薹Ｉ≥ｌ等指示山Ｕ故障数据Ｉ电动机存储电路——１故障控制图１系统结构图ｌ故障种类及保护１．１缺相和相间电流不平衡相间不平衡及缺相的计算公式如下：占＝（，…一，…）×１００％／１。

式中，，…为ｉ相中最大电流；，。