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1 引言
因雷擊、自動(dòng)重合閘動(dòng)作成功或其原因引起電網(wǎng)瞬間失壓,致使運(yùn)行接觸器因失壓動(dòng)作而釋放,所控制電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行,對(duì)于石油化工等連續(xù)性運(yùn)行企業(yè),會(huì)引起生產(chǎn)波動(dòng),操作混亂,甚至發(fā)生起火爆炸事故,造成大經(jīng)濟(jì)損失
低壓電機(jī)再起動(dòng)指經(jīng)常運(yùn)行電動(dòng)機(jī),因短暫停電（俗稱晃電） ,速度降低或完全停止運(yùn)行情況下重新起動(dòng)采用技術(shù)解決晃電帶來(lái)生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題本文介紹了種高度智能化新型低壓電動(dòng)機(jī)再起動(dòng)控制器,采用先進(jìn)嵌入式技術(shù)設(shè)計(jì),體積小、接線簡(jiǎn)單,根據(jù)需要設(shè)定同自起動(dòng)時(shí)間,滿足實(shí)際生產(chǎn)工序要求；采用性能優(yōu)異低功耗微型單片機(jī)結(jié)合獨(dú)特電源設(shè)計(jì),無(wú)任何需用戶維護(hù)部件,電池等,工作電源斷10 分鐘內(nèi),仍能按設(shè)定參數(shù)精確控制
2 工作原理
低壓再起動(dòng)控制器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)電壓,當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生瞬間掉電,使得低壓接觸器自保持開(kāi)關(guān)斷開(kāi),電網(wǎng)電壓再設(shè)定時(shí)間內(nèi)（0～10 分鐘） ,控制器輔助觸點(diǎn)會(huì)接通,對(duì)掉電釋放接觸器進(jìn)行再次接通其接線圖及動(dòng)作時(shí)序圖圖1 和圖2所示,T定義掉電時(shí)間周期,Tm 定義掉電響應(yīng)時(shí)間上限,實(shí)際掉電時(shí)間T大于掉電響應(yīng)時(shí)間上限Tm ,則再起動(dòng)控制器動(dòng)作
圖1 低壓再起動(dòng)控制器與系統(tǒng)接線圖
3 硬件設(shè)計(jì)
低壓電機(jī)再起動(dòng)控制器硬件電路單片機(jī)核心,功能電路主要由電源電路、電源凈化電路、電壓采樣轉(zhuǎn)換電路、人機(jī)交互電路、輸出控制電路五部分構(gòu)成圖3 系統(tǒng)硬件構(gòu)成圖
圖3 系統(tǒng)硬件構(gòu)成圖
3. 1 單片機(jī)選型
綜合考慮對(duì)再起動(dòng)控制器各方面性能特殊要求,選擇MicroChip 公司PIC16F877 型單片機(jī),其工作電壓范圍寬,2V～5. 5V DC下均正常工作；與同類產(chǎn)品相比,具有優(yōu)越低功耗性能,工作時(shí)鐘32KHz ,工作電壓3 伏時(shí),工作電流僅20μA；片內(nèi)集成了8 通道10 位APD 和256 字節(jié)EEP2ROM；同時(shí)該單片機(jī)還有極強(qiáng)電磁抗干擾能力
3. 2 電源電路設(shè)計(jì)
再起動(dòng)控制器工作電源由交流接觸器交流低壓變換而得其電路設(shè)計(jì)有著較高技術(shù)要求:方面要滿足使用電池條件下,能夠系統(tǒng)掉電10 分鐘情況下仍能夠正常工作,另方面要求供電電源品質(zhì)要滿足單片機(jī)正常工作要求,需要較好電源濾波功能圖4 低壓電機(jī)再起動(dòng)控制器電源電路,電容C1 作用系統(tǒng)掉電時(shí),維持系統(tǒng)繼續(xù)工作電源,其容值選擇由C = I ×ΔTPΔU 來(lái)確定, I 系統(tǒng)工作電流,單位安,ΔT 系統(tǒng)工作時(shí)間,單位秒,ΔU ΔT工作時(shí)間內(nèi)電容C1 電壓降落,本系統(tǒng)ΔU = 5. 5V - 2. 7V= 2. 8V
圖4 低壓電機(jī)再起動(dòng)控制器電源電路
3. 3 掉電識(shí)別電路設(shè)計(jì)
掉電識(shí)別通過(guò)單片機(jī)對(duì)電網(wǎng)電壓實(shí)時(shí)采樣檢測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)因交流接觸器保持線圈掉電時(shí)間20ms 左右,交流接觸器觸點(diǎn)釋放,所再起動(dòng)控制器了即時(shí)識(shí)別電網(wǎng)瞬時(shí)掉電,設(shè)計(jì)成能夠響應(yīng)10ms 瞬間掉電里采用交流采樣方式由于PIC16F877 型內(nèi)置APD 單極性,所采樣電路要完成電網(wǎng)電壓降壓和極性變換圖5 再起動(dòng)控制器輸入電壓轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)采用微型電流型電壓互感器,輸入電壓轉(zhuǎn)換成與之成正比小電流,再經(jīng)過(guò)次級(jí)電流轉(zhuǎn)換電壓電路,轉(zhuǎn)換成0～5V 之間偏置電壓信號(hào),送給APD 單元進(jìn)行采樣處理該電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,線性度好,能夠單極性電源條件下正常工作
圖5 再起動(dòng)控制器輸入電壓轉(zhuǎn)換電路
3. 4 人機(jī)交互設(shè)計(jì)
再起動(dòng)控制器用戶提供了良好人機(jī)交互界面兼顧小型化設(shè)計(jì)要求,人機(jī)交互電路由三觸摸按鍵和三數(shù)碼管構(gòu)成三按鍵分別設(shè)計(jì)成功能轉(zhuǎn)換鍵、加鍵和減鍵人機(jī)交互界面具備晃電允許時(shí)間Tm、再起動(dòng)延時(shí)時(shí)間Td、低電壓設(shè)定值UF、恢復(fù)電壓設(shè)定值UH、當(dāng)前電壓值顯示與設(shè)定等功能
圖6 電動(dòng)機(jī)再起動(dòng)控制流程圖
4 軟件設(shè)計(jì)
再起動(dòng)控制器軟件采用C 語(yǔ)言進(jìn)行編寫按功能分三部分電網(wǎng)電壓實(shí)時(shí)測(cè)量,根據(jù)其實(shí)時(shí)性要求,用單片機(jī)斷功能來(lái)實(shí)現(xiàn)；二人機(jī)交互部分；三掉電判斷和再起動(dòng)圖6 電動(dòng)機(jī)再起動(dòng)控制流程圖控制流程主要判據(jù)電動(dòng)機(jī)狀態(tài)改變時(shí),實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地對(duì)系統(tǒng)工作電壓測(cè)量,里采用了快速交流采樣原理,電網(wǎng)每周波20ms 時(shí)間內(nèi)完成次測(cè)量轉(zhuǎn)換,完全能滿足本系統(tǒng)實(shí)際需要
5 結(jié)語(yǔ)
該低壓電機(jī)再起動(dòng)控制器采用了先進(jìn)單片機(jī)技術(shù)和交流信號(hào)采樣原理,結(jié)構(gòu)小巧緊湊,抗干擾強(qiáng),性能靠其系統(tǒng)工作電源與低功耗設(shè)計(jì),電動(dòng)機(jī)工作電壓準(zhǔn)確測(cè)量和整機(jī)電磁兼容該裝置設(shè)計(jì)技術(shù)難點(diǎn)該設(shè)計(jì)完成,經(jīng)過(guò)生產(chǎn)、推廣,目前已經(jīng)多家石油化工企業(yè)推廣應(yīng)用,用戶反映良好,預(yù)計(jì)未來(lái),該控制器也定實(shí)際生產(chǎn)發(fā)揮更大積極效用