Le moteur est la source d'entraînement la plus importante dans le domaine de la production industrielle. Comment surveiller efficacement l’état de fonctionnement du moteur, protéger le circuit du moteur, améliorer la durée de fonctionnement du moteur, réduire les défaillances du moteur et est essentiel au fonctionnement de l’ensemble du réseau de l’usine.
Il existe de nombreux types de dispositifs de protection du moteur. Actuellement, il est plus couramment utilisé à base de relais thermiques mécaniques à plaque métallique. Sa structure est simple et ses caractéristiques temporelles inverses permettent de protéger la surcharge du moteur. Cependant, il a moins de fonctions de protection, pas de protection contre les coupures de phase, et ne peut pas protéger le moteur contre une mauvaise ventilation, un balai, un décrochage, une surcharge prolongée, un démarrage fréquent, etc. En outre, le relais thermique présente également des défauts tels que: mauvaise répétabilité, surcharge de courant importante ou défaut de court-circuit, ne peut plus être utilisé, erreur de réglage importante, risque d’être affecté par la température ambiante, mauvaise circulation ou refus, consommation électrique importante, consommables et indicateurs de performance médiocres.
En réponse aux exigences nationales en matière de conservation de l’énergie et de réduction des émissions, l’utilisation de protecteurs de moteurs électroniques à base de microcontrôleurs pour remplacer les relais thermiques existants constitue un vaste marché. La puce ARM de la série STM32 avec périphériques riches intégrés est conçue comme le protecteur de moteur intelligent central, qui présente les avantages d’une réponse rapide, de moins de puces supplémentaires, d’un débogage simple de la production, d’une production élevée et d’avantages sociaux.
1 fonction de protection intelligente et architecture matérielle
Les principaux défauts du fonctionnement du moteur sont les suivants: temporisation au démarrage, surcharge, décrochage, perte de phase, déséquilibre, surchauffe, sous-charge, surtension, sous-tension, etc. Par conséquent, le protecteur intelligent doit surveiller la tension de fonctionnement, le courant de fonctionnement et la température du châssis du moteur .
Dans le même temps, en raison des différents types, capacités et types de charge du moteur, les paramètres de protection du moteur sont également différents, il est donc nécessaire de pouvoir définir les paramètres de protection pour différents moteurs.
En outre, pour que les relais de protection intelligents répondent aux besoins du célèbre centre de commande de moteur intelligent (IMCC), les protecteurs de moteur intelligents doivent également disposer de fonctions de communication réseau.
La figure 1 est un schéma de principe de la structure matérielle du protecteur de moteur intelligent.
2 conception matérielle du système
2.1 MCU
La MCU est la partie principale du protecteur de moteur et est responsable de l’acquisition des données, du traitement des données, du contrôle de la sortie et du paramétrage. Voici la dernière puce ARM de la série STM32F103xD de ST.
Cette série de puces utilise le cœur 32 bits C0rtex M3 d’ARM, et la fréquence la plus élevée est 72 MHz. Le noyau Cortex possède une unité de multiplication et de division matérielle à cycle unique, il convient donc au traitement de données à grande vitesse.
La puce comporte trois cycles de conversion indépendants, un convertisseur analogique-numérique haute vitesse minimum de 1 seconde et trois convertisseurs numériques-analogiques indépendants avec des circuits échantillonneurs bloqueurs distincts. Elle convient donc particulièrement aux moteurs triphasés. instruments de contrôle, de surveillance du réseau et à paramètres multiples. Utilisation de l'équipement.
La puce est également livrée avec une riche unité de communication comprenant jusqu'à cinq interfaces série asynchrones, un périphérique esclave USB, un périphérique CAN, des modules I2C et SPI.
2.2 Unité d'acquisition analogique
Le protecteur de moteur doit principalement collecter trois quantités analogiques de courant, de tension et de température pour surveiller et protéger le fonctionnement du moteur.
Il existe de nombreux types de capteurs de courant, y compris les transformateurs de courant principaux, les capteurs à effet Hall et les résistances shunt. Le moteur connecté au protecteur de moteur a principalement un moteur de plusieurs kilowatts à plusieurs dizaines de kilowatts, de sorte que le courant de phase du moteur est principalement compris entre plusieurs ampères et plusieurs dizaines d'ampères. Par conséquent, le transformateur de courant est utilisé comme unité de collecte de courant, ce qui présente les avantages d'une large plage de mesure, d'une faible génération de chaleur et d'une tension d'isolation élevée. En même temps, sans modifier les paramètres du circuit de traitement, le capteur de courant avec différents rapports peut facilement modifier la plage de détection de courant du protecteur de moteur, de sorte qu’il peut être utilisé de manière pratique pour une protection de moteur de plus grande capacité.
La tension est obtenue directement par le diviseur de résistance, de sorte que l'ensemble du contrôleur de moteur est un système commun. La résistance utilise une résistance de type haute impédance et haute tension. Afin d'améliorer la capacité de surtension du circuit d'acquisition de tension, le circuit diviseur de tension utilise une série de multi-résistances pour réduire la chute de tension nominale sur chaque résistance et améliorer l'ensemble de la branche. La plus haute tension de tenue.
Le capteur de température utilise un capteur de résistance platine commun ou une thermistance NTC, et le circuit de conditionnement du signal de résistance thermique correspondant est conçu sur le matériel de protection. Étant donné que la résistance thermique est un dispositif non linéaire, le canal de traitement d’acquisition de température doit être traité de manière non linéaire. Afin de réduire la complexité du circuit matériel, l'unité de conditionnement RTD réelle est uniquement conçue pour utiliser un amplificateur d'instrumentation et le traitement non linéaire du RTD est effectué par la MCU. effectuer. Un capteur de température à semi-conducteur est également intégré à la puce MCU pour détecter la température à l'intérieur du protecteur afin d'éviter les erreurs de contrôle dues à la surchauffe du système.
2.3 écran LCD
Pour un protecteur de moteur autonome, il est nécessaire de pouvoir définir les paramètres de protection, d'afficher l'état de fonctionnement actuel et d'afficher le type de défaut lorsqu'un défaut survient. Par conséquent, le protecteur de moteur nécessite une unité d'affichage.
La conception du système adopte le module d’affichage à cristaux liquides (LCD) noir et blanc à matrice de points STN. Comparé au module LCD couleur TFT, il présente les avantages d’une large plage de températures, d’une longue durée de vie et d’une lisibilité optimale.
Le contrôleur intégré du module LCD utilise une interface de communication de données parallèle, comprenant un bus de données, des lignes de commande de lecture et d'écriture, des flashs de périphérique et des broches de réinitialisation. Dans la conception du système, le contrôleur de mémoire statique multifonction (FSMC) utilisant la puce STM32F103xD est connecté au module LCD.
Le module FSMC de la puce STM32F est un contrôleur de mémoire statique multifonction qui prend en charge la mémoire statique (SRAM), NOR F1ash et PSRAM. Il peut prendre en charge une mémoire large de 8 ou 16 bits.
La synchronisation d'accès du module LCD est la même que celle de la SRAM, et la synchronisation d'interface du type 8080 ou 6800 peut être sélectionnée par la broche de configuration. La figure 2 montre la connexion électrique entre l'interface FSMC de la puce STM32 et l'écran LCD. L’affichage à cristaux liquides est ici la synchronisation de l’interface 8080
2.4 Circuit de communication
La structure de contrôle du centre de commande de moteur intelligent (IMCC) est principalement une structure de réseau réparti de type bus dans laquelle un contrôleur central est responsable de la planification et de la surveillance du fonctionnement de tous les moteurs. Selon le contrôleur central utilisé (principalement un automate), les protocoles de communication du système sont MODBUS, Fieldbus et Ethernet. Le plus courant d'entre eux est le protocole MODBUS. La couche physique du protocole MODBUS est un réseau de communication semi-duplex basé sur RS485, dans lequel le protecteur de moteur est dans un état esclave.
Le protecteur de moteur étant chauffé de manière interne, la communication à distance RS485 doit être isolée du circuit principal du contrôleur. Pour isoler l'émetteur-récepteur RS485, le signal de communication et l'alimentation de l'émetteur-récepteur doivent être isolés. La conception de l'interface de protection du moteur nécessite une vitesse de transmission allant jusqu'à 57,6 kbps. Par conséquent, des optocoupleurs à grande vitesse ou des puces d'isolation numériques sont nécessaires pour isoler les signaux de communication.
La puce d'isolation numérique est un nouveau type d'appareil. Des sociétés telles que TI, ADI et Silicon Lab ont présenté leurs propres dispositifs d'isolation numériques brevetés, mais les ensembles de broches et les fonctions de broches de chaque puce sont généralement compatibles et peuvent être remplacés directement. Comparés aux optocoupleurs à haute vitesse traditionnels, les dispositifs d'isolation numériques présentent les avantages suivants: faible consommation d'énergie, débit de transmission élevé, compatibilité avec les systèmes 3V / 5V et périphériques simples. Le circuit de connexion réel est illustré à la figure 3.
