基于DSP的智能电机掩护器计划

媒介

       由于生产主动化及种种主动控制、次序控制配置的出现，请求电机通常运行在频繁的起动、制动、正反传、间歇以及变负荷等种种方法。电机的运行请求越来越高。同时，由于电机与配套机器连在一起，当电机产生妨碍时，通常波及生产体系。因此，对电机实行有效的掩护是包管生产体系正常事变的一项紧张任务。

       随着科学技能的生长，电机掩护装置中渐渐利用了电子掩护装置。在外洋，如今电子掩护装置已在电力体系和电机掩护装置中得到了遍及应用，海内也开始推广[1]。电子掩护装置的好处是：根本上由静止元件构成。它举措速率快，不存在机器位移和磨损，精度和寿命一样平常均比有触点继电器高，耐打击和振动，可靠性好。别的，电子电路举措功率小，敏锐度高。

       数字信号处理惩罚器(DSP)具有流线型操纵成果和单周期完成乘法的布局，由其构成的体系能及时举行频谱阐发。高速14位A/D转换器MAX126带多路开关和采样保持器，非常实用电机信号的征求。为了实现对电机的可靠掩护，提出了以TMS320LF2407的为内核，对过载、轻载、不均衡、断相、过压和欠压等常见妨碍具有综合检测掩护成果的智能电机掩护器。

1 体系基源头根本理和计划头脑

       电机运行中通常会出现不正常的运行状态。这些不正常的运行状态包括：过载、堵转、短路、轻载、不均衡、断相、过压、欠压和泄电。电机掩护是在检测三相电压UA、UB、UC，三相电流IA、IB、IC和泄电流IL的底子上做出的。详细进程如下：

       (1)  设置各个参数，由PC机发出控制信号；

       (2)  采样三相电压、三相电流和泄电流，得到及时价；

       (3)  利用FFT算法对数据举行处理惩罚和谋略，得到三相电压、电流的有效值、有功功率、无功功率以及功率因数；

       (4)  果断电机是否处于不正常的运行状态；

       (5)  通过RS-485接口把数据发送到表现部分，表如今LCD上。

       体系的硬件框图如图1所示。CPU选用TI公司的TMS320LF2407，其丰富的硬件资源在体系中得到了充分的应用，加上少量的外围器件，就构成了一个成果美满、简便实用的体系。

   
                图1 硬件框图

2 体系硬件计划
2.1 TMS320LF2407

       TMS320LF2407也称为DSP控制器，是TI公司专门针对电机、逆变器、呆板人、数控机床等控制而计划的[2-4]。TMS320LF2407采取高性能静态CMOS技能，使得供电电压降为3.3V，减小了控制器的功耗；30MIPS的实行速率使得指令周期收缩到33ns（30MHZ），从而进步了控制器的及时控制本领。它包括了两个变乱办理器模块EVA和EVB，可以或许实现：三相反相器控制；PWM的对称和非对称波形；3个捕获单位；16通道A/D转换器。变乱办理器模块实用于控制交换感到电机、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芯片内部固然包括双10位的A/D转换模块，但只能同时采样和转换两个输入通道，不餍足电机监控体系同时采样多路的请求。MAX126是MAXIM公司生产的高速14位逐次比较型A/D转换芯片，4路同步采样/保持器可以对4个通道的信号同时采样。

       本体系采样7路信号，以是利用两片MAX126芯片，且都事变于A组多路开关、4路采样，转换时间为12ms。DSP和MAX126的接口电路如图2所示[5]。通过差别的I/O操纵就可以控制MAX126正常事变。
                        dsp和max126的接口 hspace=0 src="http://image.mcuol.com/News/061127195615701.gif" width=394 border=0 resized="0">

               图2 DSP和MAX126的接口

2.3 表现电路

       表现电路以AT89S52为内核，液晶表现模块采取MGLS240128T，接口电路如图3所示。

       液晶表现模块控制器T6963C的数据总线DB0~DB7与AT89S52的P0口相连。T6963C的读写控制信号RD/WD分别由AT89S52的外部ROM读写控制信号RD/WD控制。CE是片选信号，由AT89S52的P2.7控制，低电平常选通。C/D为寄存器选择信号，输入低电平表现本次读写的是数据；输入高电平表现本次写的是下令，读的是T6963C的状态。       
                           图3 表现部分电路图

2.4  通讯电路

       本体系采取总线型散布式网络布局。网络布局如图4所示。各掩护器通过MAX485组建RS485通讯总线，PC机和RS485总线之间通过RS232/RS485转换卡连接。

       PC机的成果是提供精良的操纵界面，容许办理者修改参数。办理者通过操纵界面可以向各掩护器发送控制下令。掩护器可以吸取主机的下令，根据下令驱动电气配置的合闸或跳闸，以及丈量各个电气参数，并将电气参数传输到表现模块表现。

       表现部分利用LCD模块表现电气参数。

                 
                             图4 通讯布局图
       各掩护器和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，别的由一个I/O口认真数据的传输方向的选择。

                      图5 RS485接口电路

2.5  掩护举措电路

       全部掩护电路的实行电路如图6所示，重要是通过继电器的通断来完成。要是电机产生妨碍，则DSP芯片孕育产生低电平，促使光耦导通，从而使继电器举措，掩护了电机。

                      图6 掩护电路

3 体系软件计划
       有了硬件运行平台，必须计划相应的软件才华发挥其应用的成果。由于软件的机动性，可以根据体系的请求随意的变动、增减，以是体系的智能化程度很大部分取决于软件布局是否公道，成果是否全面。

       掩护器DSP部分采取C语言编程，控制软件重要由控制步伐、表现步伐、通讯步伐等构成。

4.1 控制步伐

       智能电机掩护器通过检测线路中的电流和电压，经谋略、阐发来实现种种掩护成果，并且及时表现线路的参数和记录妨碍状态。

       本体系通过TMS320LF2407内部定时器停止启动A/D转换。设置初始采样频率2.56KHz，则采样隔断 390.625ms，即390.635ms触发一次A/D。MAX126的12路A/D转换完成后，发送停止恳求信号到DSP的XINT1脚。控制步伐的流程图如图7所示。

   
      图7 控制步伐流程图
4.2  停止步伐

       停止步伐的成果是采样和存储采样数据。在电机掩护体系中，一样平常存储数据的下一步便是对各相的电压和电流采样值举行FFT阐发，因此在存储数据时要细致以下两个题目：

       (1)  只管电压和电流采样的数据是分离实数序列，但是举行FFT后，变成FFT复数序列，因而一样平常将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，用连续的内存空间存放复数，实部在前，虚部在后。

       (2)  FFT的输入和输出序列存在“正序—逆序”大概“逆序—正序”的干系，以是为了简化后续谋略，在存储采样数据时一样平常采取“逆向进制加变址量”的间接寻址方法，DSP中的指令为*BR0+。

       停止部分的步伐流程图如图8所示：

   
          图8 停止步伐流程图

4.3  表现步伐
       表现部分的步伐流程图如图9所示。

        
            图9 表现步伐流程图

4.4 通讯步伐
       通讯部分重要是两部分构成的：1、PC和DSP之间的485通讯；2、DSP和AT89S52之间的RS485通讯。

       PC机部分用Labview编程。Labview提供了成果强大的VISA（Virtual Instrument Software Architecture）库，完成谋略机与仪器之间的连接，用以实现对仪器的步伐控制。

       AT89S52从DSP吸取数据，然后表如今LCD上。相互之间通讯的规约为F0+10datas+0F，即先果断是否得到肇始信号F0，要是是，就吸取11个数据，然后果断末了一个数据是否为0F，要是不是，扬弃这组数据，重新吸取。

4 实行结果
     体系测试的部分结果如表1所示。

        表1 参数检测结果


     测试时电机电压和电流的实际值为220V、10A，根据丈量结果，A、B、C三相的电压和电流丈量精度都到达了请求。

5 结语
    本文提出的基于TMS320LF2407的智能电机掩护器充分利用了DSP的资源，用少量的外围器件构成了一个成果美满、性能精良的便宜实用体系，包管了生产体系可靠运行，为实现电机掩护装备低本钱开辟和更新换代提供了一条确切可行的途径。该掩护器在电机掩护中将有很好的应用远景。

参考文献

[1]  黄  群，邓  慧. 基于PIC16单片机的发电机掩护装置[J]. 谋略机与数字工程, 2000, 28(5): 52-54.
[2] 刘寂静，王维俊，江  渝等. TMS320LF240x DSP C语言开辟应用[M]. 北京：北京航空航天大学出版社, 2003.
[3]  刘寂静，严利平，张学锋等. TMS320LF240x DSP布局、原理及应用[M]. 北京：北京航空航天大学出版社, 2002.
[4]  章  云，谢莉萍，熊红艳. DSP控制器及其应用[M]. 北京：机器产业出版社, 2001.
[5] 袁  春，袁国洲，喻寿益. DSP与MAX125/126在电力参数丈量中的应用[J].计算机与信息技能, 2001, 1: 41-43.