浅析智能电动机控制与保护器_刘敏哲.pdf

ANZHUANG2023年第6期76技 术 交 流 Technology Exchange刘敏哲（山西水利职业技术学院 太原 030032）摘 要：本文针对电机及其控制原理，详细阐述了整个系统硬件电路的设计过程以及软件程序的编写流程，完成了实验平台搭建并进行了相关试验验证。结果表明：该系统能够准确地检测出电机故障信号并及时发出报警提示，同时还可以自动调节电机转速使之达到最佳工作状态，提高了电机的效率和稳定性，降低了工人的劳动强度，具有较好的实用价值。关键词：智能电动机 控制技术 保护器设计中图分类号：TP368 文献标识码：B 文章编号：1002-3607（2023）06-0076-03 浅析智能电动机控制与保护器目前我国市场上所使用的电动机主要包括两种类型，即交流异步电动机以及直流电动机，这两类电动机都具有不同的特点，同时各自又有着独特的优势。交流电动机操作起来更加方便、成本较低；直流电动机则具备体积小等优点。由于电动机自身结构比较复杂，在实际运行过程中很容易出现故障问题。因此需要相关工作人员加强对该方面内容的重视程度，并积极引进新型的智能化技术，保证电动机能够正常稳定地运转下去。1 智能电动机控制与保护器的总体方案设计1.1 工作原理智能电动机控制与保护器是一种集测量、保护和控制于一体的新型电机控制器。它采用先进的微电子技术，将传统继电接触器、热继电器等电器元件集成到一块硅芯片上，对各种类型的交流电动机进行高性能的保护、控制及监测。智能电动机控制与保护器主要由电源电路、信号处理电路、信号采样电路、逻辑处理电路、通信接口电路以及人机界面等组成1。其中，信号处理电路包括电流互感器、霍尔传感器、速度传感器、温度传感器、压力传感器等检测装置。信号采样电路用于采集被控对象的电气参数并转换为数字量；逻辑处理电路负责对采集来的模拟信号进行运算、比较、判断和执行操作指令；通信接口电路则提供与其他设备如PLC、变频器等通讯连接的通道。在实际应用中，智能电动机控制与保护器通过接收来自现场传感器或其他终端设备的反馈信息，经过信号处理后，输出相应的控制命令给驱动单元或者直接控制负载，同时还能实时显示当前的运行状态、故障报警情况、历史数据查询等多种功能。1.2 结构组成智能电动机控制和保护器主要由传感器、控制器以及执行机构三部分构成。其中，传感器负责采集电动机运行过程中各种参数信息并将其转换为电信号输出给控制器；控制器则是整个系统的核心部件，它接收来自传感器的信号，对数据进行处理后再通过执行机构来实现对电动机的控制；执行机构包括制动器、接触器等，用于完成电动机的启停、调速及过载保护等功能。在本研究中，采用了一种基于单片机技术的新型智能电动机控制和保护器，该装置具有以下特点：体积小、重量轻、可靠性高、抗干扰能力强、响应速度快、动作准确度高等优点。同时，该装置还配备有液晶显示屏，可实时监测电动机电压、电流、功率因数等重要参数，方便用户及时发现问题并采取相应措施加以解决。此外，该装置还具备故障报警、远程控制等多种功能，使用户能够更加便捷地管理和维护设备2。1.3 技术指标在对电动机进行保护时，需要将保护器和控制器结合起来。为了保证电动机能够正常工作，还要确保其具有一定的性能。因此，在选择电动机时必须考虑电动机的类型、电动机所使用的电源、电动机电源是否稳定可靠、电动机的运行环境等因素。只有这样才能使电动机得到更好地应用，并能满足用户的需求。同时，在选用电动机时应该尽量避免出现一些安全隐患问题。77INSTALLATION2023.6Technology Exchange 技 术 交 流2 智能电动机控制与保护器的硬件设计2.1 硬件系统的整体结构设计在对智能电动机控制与保护器进行设计时，需包含控制器和电动机两部分。其中，控制器部分主要负责整个系统中数据信息的处理和传输工作，而电动机则主要负责相关动作的执行。两者之间相互配合，使电动机能更加高效地完成相应操作任务，同时也能有效解决电动机运行过程中所产生的故障问题，进而最大限度降低由于电动机所造成的损失。需加强对电动机的管理力度，确保电动机电流始终处在一个合理范围内，避免出现超负荷运转情况，以此延长电动机使用寿命。除此以外，还要做好对电动机各项参数的记录工作，并结合实际需求制定出科学、可行的维修计划，一旦发现异常现象就必须立即采取措施予以应对。硬件电路结构示意图见图1。用合适的滤波器以提高信号处理的可靠性。通过将所得到的数字信号送入计算机中进行进一步的处理和分析，可以得到更为详尽的电机运行状态信息，从而更好地保障设备的正常运转3。2.4 显示电路的设计本系统采用LCD1602液晶模块作为显示屏，该模块具有低功耗、体积小等优点。在本设计中，通过对其驱动程序进行开发和调试，实现了动态波形的实时绘制以及数据的实时更新。同时，还可以将采集到的温度、电流、转速等参数以数字形式输出并直观地呈现给用户。显示部分主要包括初始化模块、数据输入模块、数据处理模块、数据输出模块及通信接口模块。其中，初始化模块用于设置各个模块的工作状态；数据输入模块接收来自传感器或其他设备的模拟信号，经过放大滤波后送入数据处理模块进行处理；数据处理模块对接收到的数字信号进行采样计算，得到相应的数值并将结果传递至数据输出模块；通信接口模块负责与其他外设之间的通信连接。3 智能电动机控制与保护器的软件设计3.1 软件结构及功能模块划分在对智能电动机进行控制和保护时，需要将其分为控制器、保护器、电动机三个部分。这三者之间相互联系、相互影响，共同构成了一个整体。其中，控制器主要负责整个系统的运行，而保护器则可以实现对于控制器的有效保护。形成的软件系统流程见图2。图1 硬件电路结构示意图2.2 单片机最小系统的设计控制智能电动机时，需要采用单片机来完成。为了保证智能电动机能够正常运行，还要将单片机作为主控芯片，利用相关电路和程序管理、监测电动机工作。因此，在设计过程中必须充分考虑单片机的性能以及所具备的功能，同时也要满足实际需求。具体来说，就是要结合实际情况合理选择相应的元器件，然后再按照相应要求做好电路设计，使整个系统更加完善，进而提高整体质量水平。此外，还可以采用模块化的方法，不仅有利于简化操作流程，还能降低生产成本。2.3 信号采集电路的设计 在该部分中，主要是对电机运行过程中所产生的各种信号进行采集和处理（包括电流、电压以及温度等多种参数）。为了保证这些数据能够被准确地获取并加以利用，需要采用高精度的ADC芯片完成相应的采样工作。同时，考虑到系统所需的采样速率较快，还应当引入高速运算放大器以实现对模拟信号的有效调理。由于本装置所涉及的信号类型较为多样化，针对不同情况选 处理器模块键盘、显示模块 数据采集模块 通信模块 开关输入输出模块电源 图2 软件系统流程图主程序系统初始化调用电压、电流以及温输出保护动作？参数调整NNYY使用参数调整子程序度保护判断白程序输出保护动作扫描键盘、刷新显示ANZHUANG2023年第6期78技 术 交 流 Technology Exchange3.2 各子程序模块设计（1）将单片机作为核心，并结合相关的技术，确保智能电动机能够正常运行。（2）合理选择电源，使电动机电流保持稳定状态。（3）不断完善保护器的各项功能，及时发现故障问题，进而采取有效措施解决。（4）做好保护器的调试工作，有效提高智能电动机的安全性、可靠性以及性能等。3.3 人机界面设计在本系统中，为了方便用户对设备进行操作和监控，需要开发一个友好、直观的人机交互界面。该界面主要包括登录界面、运行状态显示界面、故障报警界面等。其中，登录界面是整个系统的入口，通过输入正确的账号和密码才能进入到其他各个功能模块。运行状态显示界面用于实时监测电机的工作状态，并将其以图形化的方式展示出来，帮助用户及时发现问题。当出现异常情况时，会立即发出警报声提醒用户注意。故障报警界面则提供了一种便捷的方法来查询当前设备是否存在故障，以及具体发生了哪些故障。同时，也可以记录下故障发生的时间、位置等信息，以备后续查阅分析。在人机界面的实现过程中，采用Visual Studio作为主要工具，利用C+语言完成相关程序代码的编写。首先定义一些基本的控件类，如Timer、Linear Displacement Module等；然后结合这些控件类，使用自定义的数据结构和事务处理函数实现各类数据的读写和存储；最后借助ActiveX技术，将所需的数据嵌入到HTML页面中，最终生成一个美观大方、易于操作的人机交互界面4。通过合理地规划和设计，使系统有良好的可扩展性和易用性，能满足不同用户的需求，提高了整体的可靠性和安全性。4 系统测试与分析4.1 系统测试环境为了能够对智能电动机控制与保护器进行更好地检测，需要在实验室中搭建相应的测试环境。通过该种方式不仅可以有效提升试验结果的准确性，同时相关工作人员能全面掌握智能电动机控制与保护器的各项功能以及具体应用情况。为了保证最终试验效果，还要确保电动机处于正常运行状态；将电流互感器安装到智能电动机控制与保护器上面；设置好电压等级、频率等参数；合理选择测试点。4.2 系统测试方案为了对智能电动机控制和保护器进行全面、深入地研究，需要制定科学合理的测试方案。（1）系统功能测试。主要包括保护器的基本功能以及智能化程度等。（2）性能测试。主要包括保护器运行过程中各项参数是否正常，如电流、电压、转速等。（3）可靠性测试。主要通过模拟电动机故障检验保护器的可靠性水平。4.3 系统测试结果通过对智能电动机控制和保护器进行了一系列的研究，并且在实验室中完成了相关试验。经过多次的测试发现，该智能电动机控制和保护器具有较强的功能性、可靠性以及稳定性，能够满足当前社会发展需求。同时，还具备一定的抗干扰能力，可以有效地降低电动机电磁辐射带来的影响，从而保证电动机能够安全运行。5 结语智能电动机控制与保护器不仅能够更加高效、稳定地运行，还能在出现故障时及时进行检测并切断电源，从而保证设备及人员安全。未来智能电动机控制与保护器将会有广泛的应用前景，同时也需要进一步完善相关技术，使其更加可靠、精准。参考文献：1卞海林.智能电动机保护器在有色冶炼行业中的应用实践J.有色冶金节能，2021，37（6）：68-73，77.2高海燕，王希娟，朱建峰，等.智能MCC在大型磨机控制系统中的应用J.矿山机械，2017（1）：35-40.3朱有辉.智能电动机保护器在多功能桥式起重机控制系统中的应用J.电气时代，2009（2）：50-51.4许志红，张培铭.智能电动机控制与保护器的研究J.继电器，1998（6）：24-28，36.