关于单片机控制的电动机保护器设计的几点探讨

2015-03-27广东雅达电子股份有限公司

电子世界 2015年24期

广东雅达电子股份有限公司孙耀

当前，异步电动机凭借成本低廉、结构简单，便于操作和维护、机械性能佳等优点已经在各个领域得到了广泛应用。通常情况下，电动机都是在较为恶劣的情况下运行，需要频繁调整运行状态和改变负荷，从而进一步恶化了其运行条件。传统电动机保护器的检测和保护功能都是由电磁元件实现的，由于该元件保护精度低，因此时间误差的较大，不易于整定，已经不能满足当今社会发展的需要，基于单片机控制的新型电动机保护器应运而生，弥补了传统电动机保护器的诸多不足之处。

1 电动机保护器基本框架

从图1中我们能够看出电动机保护器由电源模块、电流电压采集模块、继电器输出控制模块、按键采集模块、通信模块、显示模块八个模块和单片机组成，其中每一个模块都充分发挥着其自身作用。由于电动机保护器安装了电流互感器和电压互感器，因此线性度特征得到了明显增强。该电动机保护器的基本原理为：输入信号，当信号完成转变之后进入RA0-4口，片内模块将其转变成数字信号传送给单片机，单片机成功接受信号之后通过预算将输入信号转变成对应的输出信号，从而显示在屏幕上。

图1 电动机保护器基本框架

需要注意的是，一定要保证“复位”、“确定”、“移位”、“数据”以及“模式选择”这五个功能键的灵活，只有确保上述功能键不出现任何问题，才能保证随时对参数进行调整。不仅如此，上述功能键还能够有效解决电动机保护器的一些常见故障。一旦故障发生，操作人员按下复位按钮就能够实现复位，从而对故障进行检查和排除，并且能够实现对故障信息的保存功能。

2 基于单片机控制电动机保护器重要器件分析

（1）PIC集成电路

集成电路是任何机械设备不可或缺的重要组成部分，是开发和控制外围设备的基础和前提，PIC单片机拥有强大的记忆内存和计算功能，同时它能够在同一个芯片机上内存、计算以及输入和输出显示出来。注意，不同型号的PIC单片机的特点也存在不同。本文所述电动机保护器采用的的PIC单片机型号为PIC16，属于中档CPU的一种八位单片机。它不仅能够实现对内部中断以及外部中断的处理，并且硬件堆栈能够达到八级，这意味着大大提高了电路组成的灵活性，在设置软件时受约束条件也较少。该单片机中A/D转换模块、I2C模块以及CCP模块也使得保护器在应用起来更加方便，，与SPI 兼容的同步串行口SSP也使得使用者拥有了更多的选择。它与高微处理器有着明显区别，也正是因为其独特的特征才使得工业领域对它的关注度越来越高，它抗干扰能力极强给使用者确实带来了诸多便利。

（2）电流、电压互感器

PIC的主要任务就是检测运算漏电流、电压以及三相电流，而这些检测工作都是由电流、电压互感器实现的。在具体工作中能够获取到成比例的交流电压整流滤波为转换成0-5V信号。当A/D模块感应到输入信号时就能够对信号进行自动转换，然后将转换之后的信号与之前设定的参数进行比较，从而实现保护。

（3）动作电路

电路情况是由与其对应的继电器所掌握的。一旦发生意外情况，即主芯片出现高电平，在光耦作用的影响下，继电器也会随之发生变化，以此对电动机进行保护，避免其发生意外。同时，借助二极管发光情况也能够实现对电动机线路的检查。

3 E2PROM外存储器

通常的情况下，其存储容量在256Byt e。由于E2PROM外存储器在电动机保护器中担任着通信接口的任务，因此，可以直接将其与单片机连接在一起。I2C串行总线数据传输步骤：数据传送分为两种，一种是串行数据线，另一种是串行时钟线。当PIC单片机出现起始位之后，会及时将器件位置以七位标志形式发送给24LC02B，一旦信号显示已成功接收，再进行其它的数据读入和数据输出等操作。这里所说的数据读入实际上指的就是串行数据线输出，然后按照相应次序以1Byt e为单位顺次检查应答信号。而数据输出实际上指的就是串行数据线的数据输出形式，只有当输出的数据达到1Byt e之后，输出才能转变为输入，输出数据指的是读取信号的整个过程，直到读取完毕。此外，PIC也会产生结束信号，结束信号出现意味着对停止数据传送。

4 通讯

该电动机保护器还有一个最大的亮点就是添加了通讯功能，传统电动机保护器通讯主要是由人工完成的，而单片机控制下的电动机保护器自身具备通讯功能，因此，大大减少了操作人员的工作量，即使不在现场也能够掌握电动机运行的实时情况，使电动机实现了更加全面的保护。这样一来，一旦电动机保护器出现问题，就能够通过通讯功能将信息传达给工作室工作人员，从而及时到现场将故障排除。

5 软件系统

要想确保电动机保护器的功能得以充分发挥出来，除了要做好硬件设计之外，还应当加强软件设计。

（1）编写程序

基于单片机控制的电动机保护器主要是通过PIC汇编语言编程实现的。首先是进入，对E2PROM 进行读取，然后读取电流、电压互感器数据、对电动机是否存在故障进行检查，如果并未出现任何故障，则直接将信号传送到显示模块上；如果存在故障，则根据数据信号对故障的类型进行判断，根据故障类型采取相对应的措施将故障排除。

（2）通讯

这里所说的通讯实际上指的是RS-485信息，是与PC机子连接产生的。使用这一连接方式能够大大减少电线铺设，节约成本和资源消耗。该系统使用环境比较广，基本不受限制，比如Windows系统就能够运行。在该方式下，通讯距离较长。启动PC机之后，其自身能够发出信号从而对从机进行指导。