2010年10月23日
前言 因为生产自己主动化及各类自己主动控制、顺序控制设备的出现，要求电机时常运行在频仍的起动、制动、正反传、间歇和变负荷等各类体式格局。电机的运行要求越来越高。同时，因为电机与组成一套机械连在一路，当电机发生故障时，时常波及生产系统。因此，对电机实施有用的保护是保证生产系统正常工作的一项重要任务。
跟着科学技能的成长，电机保护装置中逐渐使用了电子保护装置。在外洋，今朝电子保护装置已在电力系统和电机保护装置中获患了广泛应用，国内也开始推广[1]。电子保护装置的长处是：基本上由静止元件构成。它动作速度快，不存在机械位移和磨耗，精密度和寿命一般均比有触点继电器高，耐打击和振荡，可靠性好。另外，电子电路动作功率小，灵敏度高。
数字旌旗灯号处置惩罚器(DSP)具有流线型操作功能和单周期完成乘法的结构，由其构成的系统能实时进行频谱分析。高速14位A/D转换器MAX126带多路开关和采集样品连结器，非常适用电机旌旗灯号的采集。为了实现对电机的可靠保护，提出了以TMS320LF2407的为核心，对转载、轻载、不均衡、断相、过压和欠压等常见故障具有综合检验测定保护功能的智能电机保护器。
1 系统基来历根基理和预设思想
电机运行中常例会出现不正常的运行状态。这些个不正常的运行状态包孕：转载、堵转、短路、轻载、不均衡、断相、过压、欠压和泄电。电机保护是在检验测定三相电压UA、UB、UC，三相电流IA、IB、IC和泄电流IL的基础上做出的。具体过程如次：
⑴ 设置各个参数，由PC机发出控制旌旗灯号；
(2) 采集样品三相电压、三相电流和泄电流，患上到实时价；
(3) 哄骗FFT算法对数据进行处置惩罚和计较，患上到三相电压、电流的有用值、有功功率、无功功率和功率因子；
⑷ 判断电机是否处于不正常的运行状态；
⑸ 通过RS-485接口把数据发送到显示部分，显示在LCD上。
系统的硬件框图如图1所示。CPU选用TI公司的TMS320LF2407，其丰富的硬件资源在系统中患上到了充分的应用，加之少数的外围部件，就构成为了一个功能完善、简便适用的系统。
图1 硬件框图
2 系统硬件预设
2.1 TMS320LF2407
TMS320LF2407也称为DSP控制器，是TI公司专门针对电机、逆变器、机器人、数控机床等控制而预设的[2-4]。TMS320LF2407采用高机能静态CMOS技能，要患上供电电压降为3.3V，减小了控制器的功耗；30MIPS的执行速度要患上指令周期缩短到33ns（30MHZ），从而提高了控制器的实时控制能力。它包孕了两个事务管理器模块EVA和EVB，能够实现：三相反相器控制；PWM的对称和非对称波形；3个捕捉单位；16通道A/D转换器。事务管理器模块适用于控制交流感到电机、无刷直流电机、开关磁阻电机、步进电机、多级电机和逆变器。
2.2 TMS320LF2407和MAX126的接口电路
TMS320LF2407芯片内部虽则包含双10位的A/D转换模块，但只能同时采集样品和转换两个输入通道，不满意足电机监控系统同时采集样品多路的要求。MAX126是MAXIM公司生产的高速14位逐次比较型A/D转换芯片，4路同步采集样品/连结器可以对4个通道的旌旗灯号同时采集样品。
本系统采集样品7路旌旗灯号，所以使用两片MAX126芯片，且都工作于A组多路开关、4路采集样品，转换时间为12ms。DSP和MAX126的接口电路如图2所示[5]。通过不同的I/O操作就可以控制MAX126正常工作。
图2 DSP和MAX126的接口
2.3 显示电路
显示电路以AT89S52为核心，液态晶体显示模块采用MGLS240128T，接口电路如图3所示。
液态晶体显示模块控制器T6963C的数据总线DB0~DB7与AT89S52的P0口相连。T6963C的读写控制旌旗灯号RD/WD别离由AT89S52的外部ROM读写控制旌旗灯号RD/WD控制。CE是片选旌旗灯号，由AT89S52的P2.7控制，低电平时选通。C/D为寄放器选择旌旗灯号，输入低电平表示本次读写的是数据；输入高电平表示本次写的是号令，读的是T6963C的状态。
图3 显示部分电路图
2.4 通信电路
本系统采用总线型分布式收结集构。收结集构如图4所示。各保护器通过MAX485组建RS485通信总线，PC机和RS485总线之间通过RS232/RS485转换卡连接。
PC机的功能是提供良好的操作界面，许可管理者修改参数。管理者通过操作界面可以向各保护器发送控制号令。保护器可以吸收主机的号令，按照号令驱动电气设备的合闸或跳闸，和测量各个电气参数，并将电气参数传输到显示模块显示。
显示部分使用LCD模块显示电气参数。
图4 通信结构图
各保护器和485总线的接口电路如图5所示。MAX485芯片为RS485芯片，两个控制端由DSP的两个I/O口控制，另外由一个I/O口负责数据的传输标的目的的选择。
图5 RS485接口电路
2.5 保护动作电路
所有保护电路的执行电路如图6所示，首要是通过房电器的通断来完成。如果电机发生故障，则DSP芯片孕育发生低电平，促使光耦导通，从而使继电器动作，保护了电机。
图6 保护电路
3 系统software预设
有了硬件运行平台，必须预设响应的software才能阐扬其应用的功能。因为software的灵活性，可以按照系统的要求随意的更改、增减，所以系统的智能化程度很大部分取决于software结构是否合理，功能是否全面。
保护器DSP部分采用C语言编程，控制software首要由控制程序、显示程序、通信程序等构成。
4.1 控制程序
智能电机保护器通过检验测定路线中的电流和电压，经计较、分析来实现各类保护功能，并且实时显示路线的参数和记载故障状态。
本系统通过TMS320LF2407内部定时器间断开始工作A/D转换。设定初始采集样品频率2.56KHz，则采集样品间隔 390.625ms，即390.635ms触发一次A/D。MAX126的12路A/D转换完成后，发送间断哀求旌旗灯号到DSP的XINT1脚。控制程序的流程图如图7所示。
图7 控制程序流程图
4.2 间断程序
间断程序的功能是采集样品和储存采集样品数据。在电机保护系统中，一般储存数据的下一步就是对各相的电压和电流采集样品值进行FFT分析，因此在储存数据时要注重以下两个问题：
⑴ 尽管电压和电流采集样品的数据是失散实数序列，但是进行FFT后，变成FFT复数序列，因而一般将A/D转换后的电压和电流实数序列当作虚部为零的复数序列，用持续的内存空间储存安放复数，实部在前，虚部在后。
(2) FFT的输入和输出序列存在“正序—倒序”或“倒序—正序”的瓜葛，所以为了简化后续计较，在储存采集样品数据时一般采用“逆向进位加变址量”的间接寻址体式格局，DSP中的指令为*BR0+。
间断部分的程序流程图如图8所示：
图8 间断程序流程图
4.3 显示程序
显示部分的程序流程图如图9所示。
图9 显示程序流程图
4.4 通信程序
通信部分首要是两部分构成的：一、PC和DSP之间的485通信；2、DSP和AT89S52之间的RS485通信。
PC机部分用Labview编程。Labview提供了功能强大的VISA（Virtual Instrument Software Archellotecture）库，完成计较机与仪器之间的连接，用以实现对仪器的程序控制。
AT89S52从DSP吸收数据，之后显示在LCD上。相互之间通信的规约为F0+10datas+0F，即先判断是否患上到肇始旌旗灯号F0，若是，就吸收11个数据，之后判断{zh1}一个数据是否为0F，如果不是，抛弃这组数据，从头吸收。
4 实验结果
系统测试的部分结果如表1所示。
表1 参数检验测定结果
测试时电机电压和电流的实际值为220V、10A，按照测量结果，A、B、C三相的电压和电流测量精密度都到达了要求。
5 结语
本文提出的基于TMS320LF2407的智能电机保护器充分哄骗了DSP的资源，用少数的外围部件构成为了一个功能完善、机能优良的廉价实用系统，保证了生产系统可靠运行，为实现电机保护设备低成本研发和更新换代提供了一条切合实际行患上通的途径。该保护器在电机保护中将有大好的应用远景。
参考文献
[1] 黄 群，邓 慧. 基于PIC16单片机的发电机保护装置[J]. 计较机与数字工程, 2000, 28⑸: 52-54.
[2] 刘和平，王维俊，江 渝等. TMS320LF240x DSP C语言研发应用[M]. 北京：北京航空航天大学出版社, 2010.
[3] 刘和平，严利平，张学锋等. TMS320LF240x DSP结构、道理及应用[M]. 北京：北京航空航天大学出版社, 2010.
[4] 章 云，谢莉萍，熊红艳. DSP控制器及其应用[M]. 北京：机械工业出版社, 2010.
[5] 袁 春，袁国洲，喻寿益. DSP与MAX125/126在电力参数测量中的应用[J].台式机与信息技能, 2010, 1: 41-43.
