ПОСТРОЕНИЕ ПРОГРАММИРУЕМЫХ СИСТЕМ ЗАЩИТЫ
Структура системы защиты электродвигателя
Система защиты электродвигателя построена как специализированная измерительная и управляющая микропроцессорная система. Она выполняет функции защиты от внутренних коротких замыканий в обмотке статора, симметричных и несимметричных перегрузок и однофазных замыканий на землю в цепях статора трехфазных асинхронных электродвигателей.
Структурная схема системы защиты (рис.3.1) содержит следующие укрупненные блоки:
- блок входных преобразователей, которые преобразуют входные сигналы (токи) в напряжения, удобные для последующего аналого-цифрового преобразования;
- измерительный блок, преобразующий напряжения с выходов блока входных преобразователей из аналоговой формы в цифровую;
- вычислительный блок, предназначенный для обработки измеренных значений входных сигналов и формирования сигналов для аппаратов управления электродвигателем, а также информационных сигналов о состоянии двигателя.
Кроме того, в состав системы входят блок питания, блок индикации и клавиатуры, а также блок связи с верхним уровнем для работы в централизованной системе управления группой двигателей.
Входные преобразователи (их четыре - для токов фаз А, В, С и тока нулевой последовательности) выполнены на основе измерительных преобразователей ток-напряжение со следующими параметрами:
- номинальное действующее значение входного тока - 5 А;
- диапазон изменения входного сигнала (0 - 125 А);
- номинальное действующее значение выходного напряжения 0,28 В.
Сигналы с выходов блока входных преобразователей поступают на входы первого мультиплексора (590КН8), предназначенного для коммутации измерительных каналов.
С целью расширения динамического диапазона АЦП при сохранении допустимой погрешности измерений в пределах 0,5% входная величина измеряется дважды: подается на вход АЦП с коэффициентом усиления 16 и 1.
Рис.3.1
Если результат первого преобразования не равен 00000000 или 11111111, то результатом измерения будет код, считанный с АЦП, деленный на 16. В противном случае результат измерения равен результату второго преобразования. В связи с этим сигнал с выхода первого мультиплексора подается на усилитель с коэффициентом усиления равным 16, выполненный на ОУ К140УД20, выход которого подключен ко второму мультиплексору.
Второй мультиплексор (590КН8) предназначен для выбора измеряемого напряжения, умноженного на коэффициент 1 или 16.
Для сопряжения с микропроцессорной системой используется 8-разрядный КМОП преобразователь поразрядного уравновешивания К572ПВЗ, где сигналы преобразуются из аналоговой формы в цифровую. Для работы АЦП данного типа необходимо устройство выборки и хранения, обеспечивающее неизменное напряжение на измерительном входе АЦП в течение всего времени преобразования (использована микросхема КР1100СК2, вход которой подключен к выходу второго мультиплексора, а выход - ко входу АЦП).
Цифровые выходы АЦП подключены к шине данных вычислительного блока.
Вычислительный блок выполнен на базе однокристальной микро-ЭВМ 1830ВЕ31 и содержит стандартное обрамление: регистр защелки адреса (К555ИР22), предназначенный для фиксации младшего байта 16-разрядного адреса программы или данных во время их выборки; постоянное запоминающее устройство с ультрафиолетовым стиранием объемом 8 Кб (573РФ4), предназначенное для хранения кода программ, а также констант, используемых в программе и оперативное запоминающее устройство (537РУ10) объемом 2 КБайт, предназначенное для хранения промежуточных результатов расчетов по программе.
Для связи с системой контроля верхнего уровня предусмотрены два интерфейса "токовая петля 20 мА" и RS232C. Для записи и хранения уставок используются ППЗУ с электрическим стиранием и программированием (КС588РР2 - функциональный аналог 573РФ5), группа микросхем, выполняющих функции управления считыванием из ППЗУ уставок, а также его программированием. Напряжение программирования +25В для ППЗУ формируется с помощью усилителя, выполненного на биполярных транзисторах.
Перезапуск системы в случае сбоя производится охранным таймером, функции которого выполняет двоичный счетчик К561ИЕ10, принцип действия которого заключается в следующем: на счетный вход счетчика поступает сигнал ALE с выхода процессора. Таким образом, через некоторое время значение счетчика достигнет 256, при этом будет сформирован сигнал на выводе 15 счетчика, что приведет к инициированию внешнего прерывания по входу “INTO”. Если программа находится в работоспособном состоянии, то, перехватив полученное прерывание, она сбросит счетчик в нулевое состояние сигналом на 7 линии порта Р1, и счетчик начнет счет с нуля. Если же по каким-либо причинам произойдет “зависание” (сбой) программы, то инициируемое счетчиком прерывание не будет обслужено, вследствие чего счетчик не будет сброшен в нуль и счет продолжится до значения 2048, что приведет к установлению сигнала на входе “Reset” процессора и, соответственно, его сбросу.
Блок индикации и клавиатуры предназначен для отображения информации о работе устройства защиты и задания режимов работы. В нем использован жидкокристаллический индикатор с общим электродом ИЖЦ14-4/7 и 12 светодиодов. Блок реализован на отдельной плате. Выводимая на индикатор информация последовательно записывается в 40-разрядный сдвигающий регистр (5 микросхем К561ИР2), выходы которого подключены к соответствующим выводам индикатора. Преобразование выводимой информации и управление работой индикатора переменной частотой осуществляется программно.
