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摘 要：本设计以单片机 ATmega16为核心元件，通过高精度CT检测电流，对控制电机的缺相、过流、堵转、过压、欠压、温度等具有可靠的保护作用，并利用Sukon07L型触摸屏实现报警和事件记录功能。本电机保护装置具有性价比高、功能齐全、工作稳定可靠、精度高、保护动作准确、安装、参数设定简单方便等特点。可广泛适用于机械、冶金、建材、化工、纺织行业等工业三相电动机及其它电器的保护与监测。
关键词：单片机 ATmega16， 堵转，Sukon07L型触摸屏，过流动作保护
一、设计方案
本设计选用AVR单片机中的ATmega16型单片机为核心元件，通过高精度CT实时监测电动机电流信号，把电流信号送入单片机进行处理，单片机与Sukon07L型触摸屏进行数据通信，对被控电动机进行实时监测，并进行电动机缺相、过流、堵转、过压、欠压、温度过高等故障现象进行可靠的保护。堵转故障是电动机在起动时或运行过程中，由于负荷过大或自身机械原因，造成机轴被卡住，而未及时解除故障，将造成电机过热，绝缘降低而烧毁电机；欠压保护是电压过低引起电动机转速降低，甚至停止运行，当电动机运行电压下降至设定的欠电压保护范围时，本装置按设定的要求进行保护，在动作设定时间内动作或在报警时间内报警；过压保护是电压过高会引起电动机绝缘程度损伤，当电动机运行电压超过设定的保护电压时本装置按设定的要求保护，在动作设定时间内动作或在报警时间内报警。电动机保护功能见表一。系统采用交流同步采样和数字信号处理算法，实现了实时數据处理和高精密性，有着卓越的可靠性，具有响应速度快、测量准确，事件记录等优点，当保护动作时，记录保护类型、采样数据等等，形成事件追忆数据，在失电情况下可长久保存，便于事后分析。完善的事故记录及自检功能，友好的人机界面，所有测量值和参数、保护信息等由面板液晶显示器实时显示。电动机因保护而脱扣后，保护装置会显示是什么类型的保护，并记录该类保护相关参数在动作时的一组瞬时值，用户可根据这一组数据方便进行分析故障原因，确保一个安全稳定的生产环境。
表一 电动机保护功能表
二、系统分析与设计
1.系统正常工作条件
适用的主回路电压：AC380V，45～65Hz，系统工作电源电压：AC380V±20%，装置环境温度：-30～80℃。使用环境条件：无剧烈振动、冲击；无足以腐蚀金属和破坏绝缘的气体。
2.系统设计
铵钮设置，三个按钮：复位、停止、报警历史查询。停机状态时可设置参数，运行状态时，按报警历史查询键可查询相应的报警记录。设置项目内容：过流动作时间、欠压值、 过压值、电机启动时间，如图一所示。
操作面板通过连接电缆与主体单元进行通讯。从上图可看出，操作面板分为三部分：一是设备运行显示区；二是设备操作区；三是当前故障显示区。
（1）、设备运行显示区功能：实时监测显示设备当前电压、当前电流、电机功率、电机温度、过流动作时间、设备运行时间和当前时间。
（2）、设备操作区功能：复位按钮：当设备因故障停止运行后，按下复位按钮，系统自复位，再按下设备启动按钮，设备启动运行。（注：如果设备出现故障未按下复位按钮，直接按设备启动按钮，设备不运行），停止按钮：按下停止按钮设备停止运行。
（3）、当前故障显示区功能：当设备电机出现故障时，显示故障现象，报警处显示故障时间和故障现象。按下报警历史查询键，可查询以往所有故障现象和发生故障的时间和接触故障的时间。
图一 触摸屏显示
3、系统制作
（1）、利用触摸屏组态软件设计画面，开机后进入厂家广告画面3秒，然后进入主画面即图一当前电压值是系统上电运行后单片机监测到的电源电压传输给触摸屏进行显示；当前电流值为电流互感器监测的电流值经单片机转换传输给触摸屏显示；电机功率为用户当前使用的电动机额定功率值，需要用户自行设置，单片机根据电机的额定功率计算出过流、过压、欠压、堵转的值，从而判断这几个故障，达到保护的目的；电机温度是用温度探头探测电机线圈温度传输给单片机，经过单片机的转换再传输给触摸屏显示当前电机线圈的实际温度，防止电机线圈因温度过高烧毁电机；过流动作保护时间是技术员进行设置，设置时有密码输入，防止误操作，因设备不同过流的动作反应时间也有差别，所以需要技术员进行设置，保证电动机正常工作；点击“报警历史查询”进入第三画面，输入管理员密码，可以查看什么时间出现什么故障及什么时间解决故障；安全等级的使用可以有效地保护设备，防止没有权限的人误操作。
（2）、ATmega16型单片机信号采集利用三个400/5型电流互感器经过A/V转换器转换成电压信号，通过低通滤波器，比较器电路把信号传给单片机经单片机处理后发送给触摸屏显示；用热电偶温度传感器测量电动机线圈温度，热电偶电阻值改变经温度变送器处理后传送到单片机，单片机处理电压信号再转换成对应的温度值（利用查表法）发送给触摸屏显示和判断故障，当温度偏高时画面二报警区显示“温度偏高”，电机不停止，当温度过高时“电机温度高”变红闪烁，系统切断电机电源，电机停止工作。系统故障未修复后，按复位键无效，系统修复后，按复位键系统重新工作。
参考文献
[1] 杨永. ATmega16单片机项目驱动教程：基于C语言+Proteus仿真.电子工业出版社， 2011：10
[2] 王晓明. 电动机的单片机控制（第3版）.北京：北京航空航天大学出版社，2011：70-79.
[3] 王志新，罗文广. 电机控制技术，北京：机械工业出版社，2010：19-35
关键词：单片机 ATmega16， 堵转，Sukon07L型触摸屏，过流动作保护
一、设计方案
本设计选用AVR单片机中的ATmega16型单片机为核心元件，通过高精度CT实时监测电动机电流信号，把电流信号送入单片机进行处理，单片机与Sukon07L型触摸屏进行数据通信，对被控电动机进行实时监测，并进行电动机缺相、过流、堵转、过压、欠压、温度过高等故障现象进行可靠的保护。堵转故障是电动机在起动时或运行过程中，由于负荷过大或自身机械原因，造成机轴被卡住，而未及时解除故障，将造成电机过热，绝缘降低而烧毁电机；欠压保护是电压过低引起电动机转速降低，甚至停止运行，当电动机运行电压下降至设定的欠电压保护范围时，本装置按设定的要求进行保护，在动作设定时间内动作或在报警时间内报警；过压保护是电压过高会引起电动机绝缘程度损伤，当电动机运行电压超过设定的保护电压时本装置按设定的要求保护，在动作设定时间内动作或在报警时间内报警。电动机保护功能见表一。系统采用交流同步采样和数字信号处理算法，实现了实时數据处理和高精密性，有着卓越的可靠性，具有响应速度快、测量准确，事件记录等优点，当保护动作时，记录保护类型、采样数据等等，形成事件追忆数据，在失电情况下可长久保存，便于事后分析。完善的事故记录及自检功能，友好的人机界面，所有测量值和参数、保护信息等由面板液晶显示器实时显示。电动机因保护而脱扣后，保护装置会显示是什么类型的保护，并记录该类保护相关参数在动作时的一组瞬时值，用户可根据这一组数据方便进行分析故障原因，确保一个安全稳定的生产环境。
表一 电动机保护功能表
二、系统分析与设计
1.系统正常工作条件
适用的主回路电压：AC380V，45～65Hz，系统工作电源电压：AC380V±20%，装置环境温度：-30～80℃。使用环境条件：无剧烈振动、冲击；无足以腐蚀金属和破坏绝缘的气体。
2.系统设计
铵钮设置，三个按钮：复位、停止、报警历史查询。停机状态时可设置参数，运行状态时，按报警历史查询键可查询相应的报警记录。设置项目内容：过流动作时间、欠压值、 过压值、电机启动时间，如图一所示。
操作面板通过连接电缆与主体单元进行通讯。从上图可看出，操作面板分为三部分：一是设备运行显示区；二是设备操作区；三是当前故障显示区。
（1）、设备运行显示区功能：实时监测显示设备当前电压、当前电流、电机功率、电机温度、过流动作时间、设备运行时间和当前时间。
（2）、设备操作区功能：复位按钮：当设备因故障停止运行后，按下复位按钮，系统自复位，再按下设备启动按钮，设备启动运行。（注：如果设备出现故障未按下复位按钮，直接按设备启动按钮，设备不运行），停止按钮：按下停止按钮设备停止运行。
（3）、当前故障显示区功能：当设备电机出现故障时，显示故障现象，报警处显示故障时间和故障现象。按下报警历史查询键，可查询以往所有故障现象和发生故障的时间和接触故障的时间。
图一 触摸屏显示
3、系统制作
（1）、利用触摸屏组态软件设计画面，开机后进入厂家广告画面3秒，然后进入主画面即图一当前电压值是系统上电运行后单片机监测到的电源电压传输给触摸屏进行显示；当前电流值为电流互感器监测的电流值经单片机转换传输给触摸屏显示；电机功率为用户当前使用的电动机额定功率值，需要用户自行设置，单片机根据电机的额定功率计算出过流、过压、欠压、堵转的值，从而判断这几个故障，达到保护的目的；电机温度是用温度探头探测电机线圈温度传输给单片机，经过单片机的转换再传输给触摸屏显示当前电机线圈的实际温度，防止电机线圈因温度过高烧毁电机；过流动作保护时间是技术员进行设置，设置时有密码输入，防止误操作，因设备不同过流的动作反应时间也有差别，所以需要技术员进行设置，保证电动机正常工作；点击“报警历史查询”进入第三画面，输入管理员密码，可以查看什么时间出现什么故障及什么时间解决故障；安全等级的使用可以有效地保护设备，防止没有权限的人误操作。
（2）、ATmega16型单片机信号采集利用三个400/5型电流互感器经过A/V转换器转换成电压信号，通过低通滤波器，比较器电路把信号传给单片机经单片机处理后发送给触摸屏显示；用热电偶温度传感器测量电动机线圈温度，热电偶电阻值改变经温度变送器处理后传送到单片机，单片机处理电压信号再转换成对应的温度值（利用查表法）发送给触摸屏显示和判断故障，当温度偏高时画面二报警区显示“温度偏高”，电机不停止，当温度过高时“电机温度高”变红闪烁，系统切断电机电源，电机停止工作。系统故障未修复后，按复位键无效，系统修复后，按复位键系统重新工作。
参考文献
[1] 杨永. ATmega16单片机项目驱动教程：基于C语言+Proteus仿真.电子工业出版社， 2011：10
[2] 王晓明. 电动机的单片机控制（第3版）.北京：北京航空航天大学出版社，2011：70-79.
[3] 王志新，罗文广. 电机控制技术，北京：机械工业出版社，2010：19-35