浅谈ARMLPC2136在电动机保护装置上的实现.docVIP

摘 要：电动机保护器以ARMLPC2136芯片为主控核心，充分利用LPC2136强大的功能，以采样电流及采样电压为判据，对电动机是否异常和故障类别进行正确的判断和处理。介绍该保护器总体设计方案、采用的保护逻辑、系统硬件电路的构成及特点，并给出软件工作流程。此保护装置经反复试验后投入实际应用，取得了预期效果，具有良好的市场前景。关键词：电动机保护器;LPC2136;故障检测? ?? ???随着我国电力工业迅猛发展，电动机的使用几乎渗透到了各行各业，是工业、农业和国防建设及人民生活正常进行的重要保证。因而确保电动机的正常运行就显得十分重要。但是在实际使用过程中，由于电网、电动机本身质量及工作环境等多种因素，电动机会出现过压、欠压、电流不平衡、欠载及过流等故障，并由此带来了巨大的经济损失。因此，智能型电动机保护装置的开发与研制势在必行。? ?? ???目前多数电动机保护装置仍在使用8/16位的单片机，由于此类单片机大部分缺少SPI接口、I2C总线及A/D转换口等功能模块。如果要进一步提高电动机保护装置的性能，则需要通过添加相应的芯片进行扩展。这无形中增加了系统制造成本，降低了系统的可靠性，同时产品的体积将随着芯片的增加而增加。与此相比，本文采用的ARM单片机由于采用了新型的32 位ARM核处理器，使其在指令系统、总线结构、调试技术、功耗以及性价比等方面远远超过了传统的8/16位单片机。同时ARM单片机在芯片内部集成了大量的片内外设, 使其功能和可靠性大大提高。? ?? ???一、系统功能特点? ?? ???本文设计的智能电动机保护器采用了飞利浦公司生产的嵌入式LPC2136芯片为主控核心。LPC2136属于ARM7系列处理器，是一个支持实时仿真和跟踪的ARM7TDMI-S核微处理器，其体积小、功耗低，性价比高。它使用了0.9MIPS/MHz的三级流水线结构，有效地提高了处理器的利用率；支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集，能很好的兼容8位/16位器件。而Thumb超精简指令集可以在芯片性能基本不受影响的情况下，使程序代码减少30%。加上其指令大部分在寄存器中执行, 从而进一步提高了系统运算速度。同时其丰富的片上资源，??以很好得满足用户的使用要求。? ?? ???正是由于本保护器使用了LPC2136芯片，使得本保护装置在完成传统保护功能的前提下，还具有以下特点：系统具有强大的数据处理能力，可以对电动机的电压和电流进行实时跟踪采样，快速计算出采样量的有效值。并根据有效值和保护值比较结果，能迅速对电动机工作状态和故障类别进行正确的判断和区别处理。极大地提高了电动机保护系统的可靠性、速动性。? ?? ???先进的网络通讯功能。系统支持MODBUS-RTU总线协议，具有RS-485远程通讯接口。通过通讯接口可将保护器与上位机相连，既能实现各个保护单元的资源共享，又可以实现远程控制和集中控制，从而为电动机构筑了有效的保护测控网络。? ?? ???二、硬件设计? ?? ???本系统采用模块化设计，主要分为六个部分：处理器LPC2136、信号采集模块、显示模块、通讯模块、控制模块和按键模块。图1为电动机保护器硬件结构图。? ?? ???(一)信号采集模块? ?? ???一方面，为了及时监控电动机的运行状况，需实时对电动机的电压和电流进行采样。同时考虑到电动机多用于环境恶劣的现场，周围存在大量的干扰信号。因此，本系统在保护器前端采用了抗干扰性能较强的互感器对电流和电压信号进行采集。这样在不影响主回路的情况下即实现了强电与弱电的完全隔离，又进一步提高了系统的可靠性。? ?? ???对电流信号，本保护器采用了穿芯式三相电流互感器进行采集。电流互感器为定做产品，需根据所要保护的电动机额定功率的不同进行选择。本装置所选用的互感器比值分别为6.3A:10mA，25A:10mA，100A:10mA，400A:10mA。电流采样电路如图2所示。? ?? ???其中Ia为电流互感器输出的二次电流值，+1.65V为基值电压，IaP为保护通道，IaM为测量通道。因LPC2136集成的A/D转换器电压工作范围为0-3.3V，所以必须对电流互感器输出的二次电流值进行一定的转换。为此，系统采用+1.65V的基准电压并结合运放将其转换为0-3.3V之间的电压信号，然后再将其送至A/D通道。B相电流、C相电流采样结构与上图相同。 ? ?? ???对剩余电流的保护，本系统采用了两种方法。一种方法是直接将三相电流互感器输出的二次电流值连接到系统内部运放，计算电流矢量和。其结构如图3所示。其中Ia、Ib、Ic分别为电流互感器输出的二次电流值，运放则是作为加法器使用。这种方法成本较低，但是准确性不高。另一种方法是需外接一个剩余电流互感器，