基于PIC单片机的三相异步电动机智能保护器设计 □石光尧 【摘
要】本设计中的智能型三相异步电动机保护器的特点是以PIC单片机为控制核心，以实现对电机进行运行保护和故障监
测的目的，可以较好地解决了三相异步电机的综合保护问题。 【关键词】异步电动机；智能保护器；PROFIBUS－DP
【作者单位】石光尧，大庆师范学院 一、引言
随着现代计算机技术和微电子技术的不断发展，在电机保护装置的开发中也引入了微处理器，加强了通讯功能和信号处理功能，从而使电机保护技术由机电式向智能化过渡。
智能化的保护器能够有效进行断相保护、短路保护、三相不平衡保护、堵转保护、接地保护、欠电压保护、过电压保
过载保护，同时还拥有故障记忆、电流电压显示等改进功护， 能。智能保护器通过与各种传感器相配合，可以实现电机各
对电机的各种早期故障进行保护项参数的在线检测和显示， 和识别，真正实现了智能控制和检测。此类智能型保护器具
精确度高、动作灵敏、保护功能全、重复性好等优点，有节能、 代表了当前智能型电机保护器的发展趋势。 二、系统硬件部分设计
三相异步电动机智能保护器的硬件结构，主要由电压和电流检测模块、开关量输入模块、电源模块、人机接口键盘模
PROFI块、继电器输出模块、中央处理器模块、液品显示模块、 －BUS通信模块等部分组成。
（一）电流信号采集电路。为了有效地实现短路保护、断相保护、接地保护、相不平衡保护、堵转保护和过载保护，以及实时监控异步电动机运行参数，必须对电动机的电流进行
再检测。首先运用电流互感器把电流信号转化成电压信号， 经过整流、滤波处理可以得到电压值，然后将直流电压通过 提供给PIC单分压电阻分压成0～5．0V范围内的电压信号， 片机的模/数转换通道。和电压采集电路相类似，为了提高 采样保持电路分别对电压进行了1倍跟随和数据采样精度，
3倍放大，从而转化为两路模/数输入到单片机中。
（二）电压信号采集电路。为了实现过电压、低电压时对电动机的保护，以及实时监控异步电动机运行参数，必须首先检测电动机的电压。经过电压互感器对检测到的电压信号进行隔离降压处理，由于电压互感器采集到的是正弦交流 必须先由整流电路将其整流为直流电压信号。此电压信号， 可以通过滤波电路时的直流电压中仍含有一些较大的纹波，
滤波来得到平滑的直流电压信号。然后将直流电压信号通过分压电阻分压成0～5．0V的电压信号。提供给单片机的模/数转换通道。为了提高采样电路的采样精度，可添加采样保持电路分别对电压进行了1倍跟随和3倍放大，从而转化为两路A/D输入PIC单片机中。
（三）PROFIBUS－DP通信接口。PROFIBUS－DP通信
接口主要有两部分纽成：SPC3串行口转485接口部分以及单片机与SPC3数据交换部分。PIC单片机通过地址总线和数据总线与SPC3相连，访问SPC3中大小为1．5K的RAM，从而和SPC3进行数据交换。
为了方便快速的实现和连接PROFIBUS现场总线，在本设计中选用siemens提供的专用通信接口芯片SPC3来完成PROFIBUS－DP总线的通信协议建立，从而降低开发成本，简化开发过程。 三、系统软件部分设计
PIC单片机可以根据采集得到的数据对三相异步电动机
此过程由软件程序来完成，因此，编写诊断程进行故障诊断，
序也就成为了本设计中最主要部分。首先，将软件系统分为PROFIBUS通信模块和诊断与保护模块。
（一）PROFIBUS通信模块。PROFIBUS通信模块的主要作用在于启动SPC3、系统初始化、外部信号以及中断查询事务的处理、数据的接收和发送以及处理从站诊断事务。Sie-mens为用户提供了SPC3的固态程序，用于实现单片机和SPC3内部寄存器之间的连接。固件包含：头文件研SPC3DPS．H、主程序USERSPC3的初始化、变量定义和宏接口、启动SPC3、发送及接收数据和诊断、处理外部信号、中断
主要负责设定从站地址、检查组态数据、模块INTERSPC3．C， 处理分配从站参数、定义输入输出数据长度计算、缓冲区初 辅助缓冲区分配等函数。始化、
（二）诊断与保护模块。诊断与保护模块的流程如图三也在此一并说明显示程序。首先，系统上电后对各参所示，
数进行初始化，然后启动模/数转换进行电流及电压参数采样和保持。电动机启动以后，再根据事先采样得到的参数进行故障诊断。若发现故障，则对电机实施保
护，触发继电器，并将故障信息传送到液晶显示器，若没有发现故障，则将电机运行的各项参数实时传送到液晶显示器进行实时监控。 四、结语
本设计中所用dSPIC30F6014单片机的性价比较好，而且本身所带的16路高速模/数转换通道可以有效的在模拟信号检测上提高了系统整体的可靠性。而实际的开发过程也可以证明，如果利用SPC3芯片进行PROFIBUS系列产品的 不仅可以实现开发过程的简单化，还可以有效地节省开发， 开发人力和开发时间。 ·75·