本文作者：鄭月節 陳江 李海全 蔡磊

作者單位：
1.    江蘇安科瑞電器製造有限公司，江蘇 江陰 214405）
2.    中國海誠工程科技股份有限公司，上海 徐彙 200031）

0引言

    智能電動機保護器具有遠程通信接口，模擬量輸入輸出
、開關量輸入輸出，與傳感器

、PLC
、PC等組成控製係統
，能實現電動機運行的遠程監控[1]


， 適用於煤礦、石化、冶煉
、電力、船舶、汙水處理等領域的自動化管控、民用建築的智能管理。由於用戶需要功能多樣、保護功能複雜
，所以其可靠性涉及到多方麵 指(zhi)標(biao)
，為(wei)了(le)確(que)保(bao)產(chan)品(pin)的(de)質(zhi)量(liang)，智(zhi)能(neng)電(dian)動(dong)機(ji)保(bao)護(hu)器(qi)的(de)各(ge)項(xiang)指(zhi)標(biao)在(zai)出(chu)廠(chang)之(zhi)前(qian)均(jun)需(xu)要(yao)經(jing)過(guo)嚴(yan)格(ge)的(de)檢(jian)測(ce)。目(mu)前(qian)，對(dui)其(qi)檢(jian)測(ce)采(cai)用(yong)手(shou)動(dong)方(fang)式(shi)

，故(gu)存(cun)在(zai)檢(jian)測(ce)工(gong)序(xu)繁(fan)瑣(suo)、工作效率不 高、可靠性低、檢測流程不規範、檢測數據存儲麻煩且無法自動打印等問題，增加了該產品的生產成本，製約了企業的生產效率和效益的提高，不能滿足現代大規模 的高效生產和檢測的需要。此外，客戶對產品功能的定製還存在多樣化特點
，故實現智能電動機保護器的自動檢測有著重要的意義。

    高精度電子元器件
、xiandaidanpianjijishuyijishujukujishudefazhan
，shidezidongjiancezhinengdiandongjibaohuqichengweikeneng。keyitongguoshangweijikongzhizhenggejianceguocheng，caiyongdanpianjijishushixianxin haodechanshengbingkongzhixinhaodetongduan，yingyongchuankoufuwuqijishukongzhiduobiaoweitongxin
，jiezhuyuanchengfuwuqijishujinxingceshishujudecunchudengzuchengyigezidongjiancexitong，yijiangdishengchanchengben、提高了檢 測效率、消除人工記錄時易產生錯誤等弊端[2,3,4]。

[page]
1係統基本要求

    該係統需能自動完成對保護器各設定參數、數顯精度
、保護功能、附加功能等進行全麵的檢測，並且能自動判別檢測結果是否符合產品技術指標要求，同時還應具有測試結果的存儲、統計、查詢以及檢測報告輸出等功能[5,6]。該係統主要需求和技術指標如下：

(1) 使用產品範圍。適合各種不同規格的智能電動機保護器。

(2) 工作模式。全自動與單個檢測項自動並存。

(3) 工作環境。魯棒性強，能夠應對流水線突然斷電、人員誤操作等突發情況。

(4) 檢測效率。可同時檢測多台相同規格的電動機保護器
，並要求檢測時間短。

(5) 功率源的技術指標。輸出電壓範圍為：AC 3×30V~ 3×450V；輸電流範圍為：AC 0.1A~800A；移相範圍為：0~360°；電壓電流輸出頻率範圍為：45Hz~65Hz

；電壓、電流正弦波輸出時波形的失真度<0.5%；正 弦波輸出時功率源的電壓、電流

、功率穩定度<0.1%；可以驅動阻性、感性、容性(<4uF)負載；具有內置的輸出電壓短路和輸出電流開路自 動檢測保護功能。

(6) 分機控製單元。能夠與被檢測保護器及上位機通信，能采集到保護器的開關量輸入、模擬量輸入
，並具有開關輸出控製和計時功能。

[page]
2係統硬件結構原理

    係統基本原理框圖如圖1所示。該係統主要模塊包括：PC機，RS-485擴展通信模塊，波形發生模塊，電流、電壓功放及切換裝置，分機控製模塊，打印機等。


（1）PC機。PC機作用於上位機操作，主要實現人機交互功能
，負責完成檢測參數的設定、檢測的啟停控製、檢測過程的實時監控、檢測結果的保存與打印等工作，是完成整個檢測過程不可或缺的設備。

（2）RS-485擴展通信模塊。該模塊主要完成PC機、波形發生模塊、分機控製模塊以及被檢測保護器之間的通信。

（3）波形發生模塊。波形發生模塊（精密數字式信號源）產生檢測中所需要的各類信號
，通過電流、電壓切換裝置控製打開電流、電壓輸出，並最終流入智能電動機保護器中進行精度、保護、開關量等功能的檢測。

（4）電流、電壓功率放大器。係統功率放大器采用了PWM功率放大技術
，並設計了電壓短路過載，電流開路過載及快速限流保護措施

，確保功率放大器長期穩定可靠的工作。

（5） 電流、電壓切換裝置。單台電流切換裝置示意圖如圖2所示，該裝置主要有短路繼電器和輸出繼電器組成，能夠有效的避免電流開路。通過短路繼電器和輸出繼電器 之間的切換，可控製保護器輸入電流的有無；通過選擇短路繼電器某一路或某幾路閉合，可以得到單相電流或多相電流。單台電壓切換裝置示意圖如圖3所示，通過 控製繼電器的斷開閉合，來決定是否輸入電壓信號。

（6） 分機控製模塊。具有9路開關量輸出，5路開關量輸入
，可以控製、檢測保護器的開關量輸入、輸出狀態；具有直流模擬量測量信號，範圍為4-20mA，可以對 保護器模擬量輸出進行檢測

；采用硬件時鍾計時
，精度為ms級
，能統計故障的脫扣時間；擁有RS485通信接口，可與保護器、PC機間進行通信。

（7）打印機。用於打印檢測結果，形成產品出廠檢驗報告。

[page]
3檢測流程及軟件

    智(zhi)能(neng)電(dian)動(dong)機(ji)保(bao)護(hu)器(qi)自(zi)動(dong)檢(jian)測(ce)係(xi)統(tong)軟(ruan)件(jian)主(zhu)要(yao)包(bao)括(kuo)下(xia)位(wei)機(ji)軟(ruan)件(jian)和(he)上(shang)位(wei)機(ji)軟(ruan)件(jian)兩(liang)個(ge)部(bu)分(fen)。下(xia)位(wei)機(ji)主(zhu)要(yao)接(jie)收(shou)上(shang)位(wei)機(ji)的(de)指(zhi)令(ling)，完(wan)成(cheng)對(dui)係(xi)統(tong)各(ge)部(bu)分(fen)硬(ying)件(jian)的(de)實(shi)時(shi)控(kong)製(zhi)，並(bing)實(shi)時(shi)采(cai)集(ji)係(xi)統(tong)中(zhong)參(can)數(shu)和(he)變(bian)量(liang)。上(shang)位(wei)機(ji)主(zhu)要(yao)實(shi)現(xian)人(ren)機(ji)交(jiao)互(hu)
、檢測參數的設置、檢測流程控製等功能。

3.1下位機軟件

    該係統控製模塊的CPU為Cortex-M3內核的STM32單片機，用於各硬件模塊的實時控製。下位機軟件即單片機程序，其主程序流程如圖4所示。係統 上電後

，首先進行係統初始化
，包括單片機的配置、I/O口初始化等，然後通過鍵盤或上位機輸入不同控製命令，來完成對外部各種模塊的控製。


3.2上位機軟件

    上位機程序流程圖如圖5所示。運行軟件後，先輸入對應分機單元接入的保護器序列號，係統會自動設定好檢測參數；然後，啟動檢測過程直到檢測結束。


（1）已(yi)設(she)定(ding)參(can)數(shu)的(de)檢(jian)測(ce)。將(jiang)被(bei)檢(jian)測(ce)的(de)保(bao)護(hu)器(qi)寄(ji)存(cun)器(qi)值(zhi)讀(du)取(qu)並(bing)保(bao)存(cun)，然(ran)後(hou)將(jiang)其(qi)與(yu)正(zheng)確(que)的(de)配(pei)置(zhi)參(can)數(shu)做(zuo)比(bi)較(jiao)

，合(he)格(ge)後(hou)進(jin)入(ru)下(xia)一(yi)項(xiang)測(ce)試(shi)，否(fou)則(ze)退(tui)回(hui)調(tiao)試(shi)部(bu)門(men)
，待(dai)調(tiao)試(shi)正(zheng)確(que)後(hou)方(fang)可(ke)進(jin)行(xing)其(qi)他(ta)項(xiang)測(ce)試(shi)。

（2）數shu顯xian精jing度du檢jian測ce。將jiang信xin號hao源yuan升sheng到dao對dui應ying檢jian測ce所suo需xu的de信xin號hao，等deng待dai信xin號hao源yuan工gong作zuo穩wen定ding後hou，讀du出chu對dui應ying保bao護hu器qi的de顯xian示shi值zhi
，計ji算suan誤wu差cha進jin行xing判pan斷duan，結jie束shu此ci項xiang精jing度du檢jian測ce。其qi中zhong，在zai檢jian測ce過guo程cheng中zhong啟qi動dong報bao文wen確que認ren機ji製zhi。精jing度du檢jian測ce的de流liu程cheng圖tu如ru圖tu6所示。


（3） 保護功能檢測。包括過載、斷相
、接地、剩餘電流、堵轉、阻塞
、不平衡等功能檢測，主要檢測流程如圖7所示。檢測開始後
，為了防止之前項檢測的幹擾，首先切 斷duan電dian流liu的de輸shu入ru信xin號hao
，然ran後hou根gen據ju檢jian測ce需xu要yao，升sheng起qi相xiang應ying的de故gu障zhang信xin號hao，打da開kai對dui應ying檢jian測ce項xiang的de脫tuo扣kou使shi能neng位wei，並bing屏ping蔽bi其qi他ta脫tuo扣kou位wei。其qi中zhong，為wei了le防fang止zhi保bao護hu器qi工gong作zuo狀zhuang態tai處chu於yu脫tuo扣kou，影ying響xiang 到檢測結果，需對保護器進行一次遠程複位操作，隨後操作繼電器
，給保護器輸入信號，同時對分機單元發送計時命令（該命令為廣播包命令）


，此後不斷的讀取保 護器運行狀態。若讀到保護器為脫扣狀態，則分機發送讀取計時命令
，獲取脫扣時間進行判斷是否合格
；否則，在超過規定的最大設定不脫扣閾值後仍然不脫扣
，就 判斷該保護器該項功能不合格。


（4）附加功能檢測。根據客戶的訂貨單
，進行附加功能檢測，主要包括：欠載、起動超時
、短路、欠電壓
、過電壓、欠功率、過功率、相xiang序xu等deng保bao護hu以yi及ji故gu障zhang記ji錄lu和he開kai關guan量liang。基ji本ben檢jian測ce流liu程cheng與yu保bao護hu功gong能neng檢jian測ce相xiang似si

，其qi中zhong對dui於yu開kai關guan量liang的de檢jian測ce需xu要yao單dan個ge開kai關guan量liang依yi次ci檢jian測ce，防fang止zhi開kai關guan量liang之zhi間jian的de短duan接jie。

（5）恢複出廠設置。針對檢測過程中對保護器參數的修改，在檢測結束前必須要恢複出廠設置
，保證保護器出廠時滿足各項技術指標要求。

（6）baocunjieguo。xitongjiangceshishujuyujieguocunruleyuanchengfuwuqishujukuzhong，liyongcunchuguochenglaishixianshujukudecaozuo。shujubaocunjieshuhou，jianyanrenyuankeyiliyongshangweijizhongdebaobiaoguanlimokuaiduichuchangjianyanbaobiaojinxingshuchu。xitongdebaobiaogongnengshitongguoqiyejibaobiaokaifagongjulaishixiande。

[page]
4 測試結果及分析

    該自動化檢測係統經過不同規格型號的智能電動機保護器多次測試，結果表明：係統能夠準確、規範、高效的完成檢測過程。其中多台全功能保護器一次檢測完成時 間為5min左右，較常規的手動檢測，極大的提高了生產效率。某種全功能保護器的一次準確度檢測結果與功能檢測結果分別如表1和表2所示。

[page]
5結 語

    智能電動機保護器自動檢測係統具有人機界麵友好
、操作簡單
、自動化程度高等優點。檢測結果表明，係統達到了預期的各項技術指標。在整個檢測過程中，基本無 需(xu)人(ren)為(wei)幹(gan)預(yu)，檢(jian)測(ce)自(zi)動(dong)化(hua)程(cheng)度(du)高(gao)，最(zui)大(da)限(xian)度(du)地(di)保(bao)證(zheng)檢(jian)測(ce)過(guo)程(cheng)的(de)規(gui)範(fan)性(xing)與(yu)測(ce)試(shi)結(jie)果(guo)的(de)客(ke)觀(guan)性(xing)。經(jing)測(ce)試(shi)
，在(zai)自(zi)動(dong)檢(jian)測(ce)模(mo)式(shi)下(xia)，多(duo)台(tai)全(quan)功(gong)能(neng)保(bao)護(hu)器(qi)完(wan)成(cheng)整(zheng)個(ge)檢(jian)測(ce)流(liu)程(cheng)需(xu)要(yao)時(shi) 間大大地得到了縮短。此外，該係統稍加修改即可用於其他儀表的自動檢測，具有適用範圍廣等特性。

文章來源於：《低壓電器》2013年第22期。