CN102957381A

CN102957381A - 电动机运行管理装置

Info

Publication number: CN102957381A
Application number: CN2012105288868A
Authority: CN
Inventors: 吴东波; 刘永胜; 张丹
Original assignee: Dandong Huatong Measurement & Control Co Ltd
Current assignee: Dandong Huatong Measurement & Control Co Ltd
Priority date: 2012-12-11
Filing date: 2012-12-11
Publication date: 2013-03-06

Abstract

一种电动机运行管理装置，由电流/电压隔离变送器通过电流电压的二次变送进入同步采样模数转换器，运行数据通过SPI总线进入ADSP处理器，经过ADSP处理器进行数据分析后将计算分析的数据通过每周波采样连续记录40个波形点，传送给外部数据存储器，ADSP处理器得出的数据通过通讯芯片，以通讯方式和LCD液晶显示屏进行上传和显示。该种形式的电动机运行管理装置适用于低压电动机的运行能效分析、故障预警、控制与保护，特别适合电动机应用率较高的场合及现场总线和计算机组网系统，可替代目前广泛使用的各类电动机保护控制器。

Description

电动机运行管理装置

技术领域

本发明涉及一种电动机运行管理装置，具体说涉及三相交流异步电动机的运行能效分析管理控制器。

背景技术

目前，电动机的用电量平均占世界各国总用电量的40%以上，占工业用电量的60%以上。据美国、欧盟等统计，电动机用电量约占总用电量的42%～50%；三相异步电动机用电量占电动机总用电量的90%左右；37kW及以下电动机占电动机总装机数95%以上，占电动机总用电量的50%左右。电动机广泛应用于国民经济的各个环节，能量浪费现象比较普遍，世界各国都对其非常重视，先后制订了相应的能效标准或节能法案。目前市场上所使用的电动机运行管理装置只具有保护控制功能，只能够对电动机的运载状况进行保护，没有对电动机的负荷状况、自身损耗、故障预警以及用电质量进行分析管理，不能够提出合理的负荷分析以及能效数据，导致电动机浪费大量能源消耗。另外根据负荷情况不能提供合理数据，导致不能合理使用电动机，也是能源浪费的原因。如何能够有效降低电动机用电负荷，合理应用电动机发挥高能效，为节约能源，提高效率奠定基础。

发明内容

针对现有电动机管理装置存在的缺陷，本发明提出一种具有负荷分析、电动机自身损耗、故障预警、用电质量监测和保护控制的电动机运行管理装置。

完成上述发明目的所采取的具体技术措施是：一种电动机运行管理装置，包括供电电源，其特征是：由电流/电压隔离变送器TA2311/TV31D、同步采样模数转换器AD7606、ADSP处理器ADSP-BF518、外部数据存储器SDRAM-MT48LC32M16A2、逻辑驱动器74HC86、LCD液晶显示屏SSD1963和时钟PCF8563组成；各元器件的连接关系是：电动机的A、B、C三相电压、三相电流和漏电电流连接电流/电压隔离变送器TA2311/TV31D的输入端，电流/电压隔离变送器TA2311/TV31D的二次输出端任意管脚串接1K电阻－端，1K电阻另－端连接同步采样模数转换器AD7606的49脚、50脚、51脚、52脚、53脚、54脚、55脚、56脚、57脚、58脚、59脚、60脚、61脚和62脚，同步采样模数转换器AD7606的10脚与9脚连接，同步采样模数转换器AD7606的12脚、13脚、9脚和24脚分别连接ADSP处理器ADSP-BF518的M1脚、L1脚、K1脚、L2脚，ADSP处理器ADSP-BF518的G1脚、G2脚、H2脚、H1脚、H3脚、J1脚、J3脚和K2脚分别连接逻辑驱动器74HC86的1脚、2脚、12脚、13脚、9脚、10脚、4脚和5脚；逻辑驱动器74HC86的3脚、11脚、8脚和6脚连接驱动芯片ULN2003的4脚、3脚、2脚和1脚，驱动芯片ULN2003驱动输出的13脚、14脚、15脚和16脚连接驱动继电器；ADSP处理器ADSP-BF518的F1脚、F2脚、E2脚、D1脚、C1脚、D2脚、E3脚、C2脚、C3脚、B3脚、C4脚和C7脚分别连接LCD液晶显示屏SSD1963的123脚、122脚、121脚、120脚、114脚、115脚、116脚、11脚、10脚、9脚、8脚和7脚， LCD液晶显示屏SSD1963的28脚、29脚、30脚、31脚，85脚、86脚、35脚、59脚、60脚、61脚、62脚、63脚、67脚、68脚、69脚、70脚、71脚、72脚、76脚、77脚、78脚、79脚、80脚、81脚、43脚、44脚、45脚和127脚连接LCD液晶显示屏SSD1963的35脚、34脚、33脚、32脚、31脚、30脚、29脚、28脚27脚、26脚、25脚、24脚、23脚、22脚、21脚、20脚、19脚、18脚、17脚、16脚、15脚、14脚、13脚、12脚、37脚、36脚、38脚和8脚；ADSP处理器ADSP-BF518的K14脚、K13脚、H12脚、L14脚、M14脚、L13脚、N14脚、K12脚、L12脚、M13脚、M12脚、M11脚、N10脚、P12脚、F13脚、G12脚、J14脚、H14脚、G13脚、F12脚、H13脚、J13脚、D13脚、M9脚、N9脚、M8脚、P11脚、P10脚、N8脚、P9脚、P8脚、P7脚、N7脚、M7脚、P6脚、M6脚、N6脚、P5脚和P4脚分别连接外部数据存储器SDRAM-MT48LC32M16A2的23脚、24脚、25脚、26脚、29脚、30脚、31脚、32脚、33脚、34脚、35脚、36脚、20脚、21脚、37脚、16脚、22脚、17脚、18脚、19脚、15脚、39脚、38脚、2脚、4脚、5脚、7脚、8脚、10脚、11脚、13脚、42脚、44脚、45脚、47脚、48脚、50脚、51脚和53脚； ADSP处理器ADSP-BF518的K3脚连接后备电源；ADSP处理器ADSP-BF518的A3脚、A2脚和A4脚连接EEPROM数据存储器FM24C04的5脚、6脚和7脚，ADSP处理器ADSP-BF518的A3脚和A2脚连接时钟PCF8563的5脚和6脚；ADSP处理器ADSP-BF518的A8脚、A9脚和A10脚连接通讯芯片ADM2483的5脚、6脚和3脚，通讯芯片ADM2483的4脚与5脚相连。

本发明的有益效果：同步采样模数转换器AD7606通过电流/电压隔离变送器采集电动机主回路电压/电流数据的二次变送电量进行计算，通过SPI总线把计算的电量数据传送给主控芯片ADSP处理器ADSP-BF518进行数据计算分析，同时ADSP处理器ADSP-BF518将计算分析的数据通过每周波采样连续记录40个波形点，传送给外部数据存储器SDRAM-MT48LC32M16A2进行瞬时数据记录存储，待故障预警分析以及电动机能耗效率分析时进行数据调用；后备电源电路：当供电电源出现闪变、失压，后备电源电路将对电动机运行管理装置进行电源供电，这样在电网故障时依然能够对电网电量变化进行故障记录，对供电故障能够实时监测并进行数据分析，查找故障原因，避免造成更多的电动机故障事故。

该种形式的电动机运行管理装置适用于低压电动机的运行能效分析、故障预警、控制与保护，特别适合电动机应用率较高的场合及现场总线和计算机组网系统，可替代目前广泛使用的各类电动机保护控制器。

附图说明

图1是本发明电动机运行管理装置原理框图；

图2是本发明电动机运行管理装置主控回路电路原理图；

图3是本发明外部数据存储器（SDRAM）电路原理图；

图4是本发明电动机运行管理装置逻辑驱动电路原理图；

图5是本发明电动机运行管理装置同步采样模数转换器AD7606电路原理图；

图6是本发明电动机运行管理装置LCD显示驱动显示屏管脚电路原理图；

图7是本发明电动机运行管理装置供电电源电路原理图。

具体实施方式

结合附图详细说明本发明的结构原理。

一种电动机运行管理装置，其结构工作原理见图1，由常规高精度、高线性精密电流/电压隔离变送器TA2311/TV31D （山东淄博元星公司）通过电流电压的二次变送进入同步采样模数转换器AD7606（美国ADI公司），经过对采样数值的计算，反映电动机实际运行状况的数据通过SPI总线进入ADSP处理器ADSP-BF518 （美国ADI公司），经过ADSP处理器的数据处理软件进行数据判断及分析，将有效的运行数据存储到外部数据存储器SDRAM-MT48LC32M16A2（美国micron公司）待分析调用，同时ADSP处理器分析得出的数据结果通过具有磁隔离的增强型的通讯芯片ADM2483（美国ADI公司）和LCD液晶显示屏SSD1963（香港晶门科技）将所反映的数据结果进行上传和显示，另外通过通讯方式和显示按键操作对电动机的运行参数及保护参数进行设置，ADSP处理器将设置数据存储到EEPROM数据存储器FM24C04中，EEPROM数据存储器FM24C04采用美国Ramtron存储芯片，ADSP处理器连接的高精度时钟PCF8563（荷兰PHILIPS）对电动机运行保护项目发生的SOE事件记录时间，用于用户对电动机故障的准确查询，ADSP处理器ADSP-BF518连接的内部后备电源（2个超级电容2.7V/10F串联，韩国starcap），当电动机遇到电网波动或晃电现象，造成电动机运行管理装置工作电源异常，ADSP处理器ADSP-BF518检测装置工作异常时启动后备电源供电信号，这样可以保证电动机运行故障过程中的实时信号检测，双路12V开关电源采用常规电源为电动机运行管理装置提供12V供电。

结合电路图说明装置内各电路器件间的连接关系：

主控CPU回路的ADSP处理器ADSP-BF518作为本电动机运行管理装置核心器件如图2所示，作为各种数据处理及分析的核心CPU，其主频可达到400MHz。主控CPU回路的ADSP处理器ADSP-BF518的A8脚、A9脚和A10脚连接具有磁隔离的增强型的通讯芯片ADM2483的5脚、6脚和3脚，具有磁隔离的增强型的通讯芯片ADM2483的4脚和5脚相连。监测的数据以及控制输出信号通过通讯方式上传到相应的监测系统平台中，实现系统对电动机运行管理装置的数据分析。

开关状态量采集电路（见图2）通过采集外部无源开关设备的状态，通过串联1.2K的电阻连接光电耦合器EL817（U41、U42、U43、U44）的1脚进行信号输入，光电耦合器EL817的4脚连接主控CPU回路的ADSP处理器ADSP-BF518，供采用4路光电耦合器EL817的4脚分别连接主控CPU回路ADSP处理器ADSP-BF518的B5、A5、M4和N2脚进行外部开关量状态采集。

后备电源电路如图2所示，通过主控CPU回路的ADSP处理器ADSP-BF518的K3脚连接后备电源电路，其后备电源通过主控CPU回路的ADSP处理器ADSP-BF518的K3脚串接7.5欧电阻来驱动9013三极管作为控制后备电源开关的信号，其9013三极管控制继电器DS2Y-S-DC5V作为后备电源电路采用的超级电容充放电电路，继电器DS2Y-S-DC5V具有常开及常闭双路双触点，装置电源正常时为充电及饱和状态，当装置电源异常时ADSP处理器ADSP-BF518的K3脚对控制继电器DS2Y-S-DC5V发出控制信号，继电器DS2Y-S-DC5V输出相应的转换，实行放电状态使电动机运行管理装置工作正常。

EEPROM数据存储器FM24C04和时钟PCF8563电路如图2所示，通过主控CPU回路的ADSP处理器ADSP-BF518的A3脚、A2脚和A4脚连接EEPROM数据存储器FM24C04的5脚、6脚和7脚，主控CPU回路的ADSP处理器ADSP-BF518的A3脚、A2脚连接高精度时钟PCF8563的5脚和6脚，EEPROM数据存储器FM24C04用于对电动机基本参数设置数据的储存，高精度时钟PCF8563记录电动机运行保护项目的SOE事件发生时间，用于用户对电动机故障的准确查询。

同步采样模数转换器AD7606电路如图5所示，A、B、C三相电压、三相电流和漏电电流通过常规高精度、高线性精密电流/电压隔离变送器TA2311/TV31D的二次输出端任意管脚串接1K电阻连接同步采样模数转换器AD7606的49脚、50脚、51脚、52脚、53脚、54脚、55脚、56脚、57脚、58脚、59脚、60脚、61脚和62脚,进行电量信号采集运算，同步采样模数转换器AD7606的10脚与9脚连接，其采集电量运算通过SPI总线方式由采样模数转换器AD7606的12脚、13脚、9脚和24脚连接到主控CPU回路的ADSP处理器ADSP-BF518的M1脚、L1脚、K1脚和L2脚（如图2所示），进行电量数据结果的分析与检测。

LCD显示驱动电路如图6所示，采用LCD液晶显示屏SSD1963为驱动液晶屏芯片，通过主控ADSP处理器ADSP-BF518的F1脚、F2脚、E2脚、D1脚、C1脚、D2脚、E3脚、C2脚、C3脚、B3脚、C4脚和C7脚连接LCD液晶显示屏SSD1963 的123脚、122脚、121脚、120脚、114脚、115脚、116脚、11脚、10脚、9脚、8脚和7脚进行显示数据，驱动LCD显示液晶屏驱动芯片SSD1963，LCD液晶显示屏SSD1963的28脚、29脚、30脚、31脚，85脚、86脚、35脚、59脚、60脚、61脚、62脚、63脚、67脚、68脚、69脚、70脚、71脚、72脚、76脚、77脚、78脚、79脚、80脚、81脚、43脚、44脚、45脚和127脚连接LCD液晶显示屏SSD1963的35脚、34脚、33脚、32脚、31脚、30脚、29脚、28脚、27脚、26脚、25脚、24脚、23脚、22脚、21脚、20脚、19脚、18脚、17脚、16脚、15脚、14脚、13脚、12脚、37脚、36脚、38脚和8脚，进行电动机运行管理装置的所有数据及图形界面显示。

逻辑控制驱动电路如图4所示，通过主控CPU回路的ADSP处理器ADSP-BF518的G1脚、G2脚、H2脚、H1脚、H3脚、J1脚、J3脚和K2脚连接逻辑控制驱动电路高速CMOS器件逻辑驱动器74HC86的1脚、2脚、12脚、13脚、9脚、10脚、4脚和5脚，通过高速CMOS器件逻辑驱动器74HC86的3脚、11脚、8脚、6脚连接高耐压、大电流驱动芯片ULN2003的4脚、3脚、2脚和1脚，驱动芯片ULN2003驱动输出的13脚、14脚、15脚和16脚直接驱动继电器进行有效地保护控制。

外部数据存储器SDRAM-MT48LC32M16A2通过主控CPU回路的ADSP处理器ADSP-BF518（如图2所示）的K14脚、K13脚、H12脚、L14脚、M14脚、L13脚、N14脚、K12脚、L12脚、M13脚、M12脚、M11脚、N10脚、P12脚、F13脚、G12脚、J14脚、H14脚、G13脚、F12脚、H13脚、J13脚、D13脚、M9脚、N9脚、M8脚、P11脚、P10脚、N8脚、P9脚、P8脚、P7脚、N7脚、M7脚、P6脚、M6脚、N6脚、P5脚和P4脚分别连接外部数据存储器SDRAM-MT48LC32M16A2（如图3所示）的23脚、24脚、25脚、26脚、29脚、30脚、31脚、32脚、33脚、34脚、35脚、36脚、20脚、21脚、37脚、16脚、22脚、17脚、18脚、19脚、15脚、39脚、38脚、2脚、4脚、5脚、7脚、8脚、10脚、11脚、13脚、42脚、44脚、45脚、47脚、48脚、50脚、51脚和53脚，对电动机运行数据以及故障录波数据进行外部储存待进行数据分析。

常规电源供电电路如图7所示，电路U66采用7805器件将双路12V开关电源提供的12V电压输入，通过7805转换输出5V为装置电路提供5V供电电源，电路U61、U62、U63、U64采用ASP1006ET5电压转换芯片，通过5V电压输入，相应的转换输出为2.5V、1.8V、3.3V、1.3V,为装置相应器件提供电源供电，电路U65采用电压转换芯片AS1117-1.2，通过5V输入转换输出为1.2V为相应器件提供电源供电。

Claims

1.一种电动机运行管理装置，包括供电电源，其特征是：由电流/电压隔离变送器TA2311/TV31D、同步采样模数转换器AD7606、ADSP处理器ADSP-BF518、外部数据存储器SDRAM-MT48LC32M16A2、逻辑驱动器74HC86、LCD液晶显示屏SSD1963和时钟PCF8563组成，各元器件的连接关系是：电动机的A、B、C三相电压、三相电流和漏电电流连接电流/电压隔离变送器TA2311/TV31D的输入端，电流/电压隔离变送器TA2311/TV31D的二次输出端任意管脚串接1K电阻－端，1K电阻另－端连接同步采样模数转换器AD7606的49脚、50脚、51脚、52脚、53脚、54脚、55脚、56脚、57脚、58脚、59脚、60脚、61脚和62脚，同步采样模数转换器AD7606的10脚与9脚连接，同步采样模数转换器AD7606的12脚、13脚、9脚和24脚分别连接ADSP处理器ADSP-BF518的M1脚、L1脚、K1脚、L2脚，ADSP处理器ADSP-BF518的G1脚、G2脚、H2脚、H1脚、H3脚、J1脚、J3脚和K2脚分别连接逻辑驱动器74HC86的1脚、2脚、12脚、13脚、9脚、10脚、4脚和5脚；逻辑驱动器74HC86的3脚、11脚、8脚和6脚连接驱动芯片ULN2003的4脚、3脚、2脚和1脚，驱动芯片ULN2003驱动输出的13脚、14脚、15脚和16脚连接驱动继电器；ADSP处理器ADSP-BF518的F1脚、F2脚、E2脚、D1脚、C1脚、D2脚、E3脚、C2脚、C3脚、B3脚、C4脚和C7脚分别连接LCD液晶显示屏SSD1963的123脚、122脚、121脚、120脚、114脚、115脚、116脚、11脚10脚、9脚、8脚和7脚， LCD液晶显示屏SSD1963的28脚、29脚、30脚、31脚，85脚、86脚、35脚、59脚、60脚、61脚、62脚、63脚、67脚、68脚、69脚、70脚、71脚、72脚、76脚、77脚、78脚、79脚、80脚、81脚、43脚、44脚、45脚和127脚连接LCD液晶显示屏SSD1963的35脚、34脚、33脚、32脚、31脚、30脚、29脚、28脚27脚、26脚、25脚、24脚、23脚、22脚、21脚、20脚、19脚、18脚、17脚、16脚、15脚、14脚、13脚、12脚、37脚、36脚、38脚和8脚；ADSP处理器ADSP-BF518的K14脚、K13脚、H12脚、L14脚、M14脚、L13脚、N14脚、K12脚、L12脚、M13脚、M12脚、M11脚、N10脚、P12脚、F13脚、G12脚、J14脚、H14脚、G13脚、F12脚、H13脚、J13脚、D13脚、M9脚、N9脚、M8脚、P11脚、P10脚、N8脚、P9脚、P8脚、P7脚、N7脚、M7脚、P6脚、M6脚、N6脚、P5脚和P4脚分别连接外部数据存储器SDRAM-MT48LC32M16A2的23脚、24脚、25脚、26脚、29脚、30脚、31脚、32脚、33脚、34脚、35脚、36脚、20脚、21脚、37脚、16脚、22脚、17脚、18脚、19脚、15脚、39脚、38脚、2脚、4脚、5脚、7脚、8脚、10脚、11脚、13脚、42脚、44脚、45脚、47脚、48脚、50脚、51脚和53脚；ADSP处理器ADSP-BF518的K3脚连接后备电源；ADSP处理器ADSP-BF518的A3脚、A2脚和A4脚连接EEPROM数据存储器FM24C04的5脚、6脚和7脚，ADSP处理器ADSP-BF518的A3脚和A2脚连接时钟PCF8563的5脚和6脚；ADSP处理器ADSP-BF518的A8脚、A9脚和A10脚连接通讯芯片ADM2483的5脚、6脚和3脚，通讯芯片ADM2483的4脚与5脚相连。