0 导言
电机是工业出产领域中最首要的驱动源，怎么有用地监控电机的运转状况，维护电机回路，进步电机的运转时刻，削减电机毛病，对工厂全体电网的运转非常要害。
电动机维护装置有很多种，现在运用得比较遍及的仍是依据金属片机械式的热继电器，它结构简略，在维护电动机过载方面具有反时限特性。但它的维护功用少，无断相维护，对电机产生通风不畅、扫膛、堵转、长时间过载、频频发动等毛病也不能起维护效果。此外，热继电器还存在重复功用差、大电流过载或短路毛病后不能再次运用、调整差错大、易受环境温度影响而误动或拒动、功耗大、耗材多、功用指标落后等缺点。
为呼应国家节能减排的要求，选用依据微操控器的电子式电机维护器代替现有热继电器，具有广阔的商场。规划选用集成丰厚外设的STM32“>STM32系列ARM芯片为中心的智能电机维护器，具有呼应速度快、附加芯片少、出产调试简略、出产及社会效益高级长处。
1 智能维护器功用及硬件架构
电机运转中首要产生的毛病包含：起动超时、过载、堵转、缺相、不平衡、过热、欠载、过压、欠压等。因而智能维护器需求监测电机的作业电压、作业电流和机壳温度。
一起，因为电机的类型、容量和负载类型不同，电机维护的参数也不尽相同，所以需求能够针对不同的电机设置维护参数。
再者，为了使智能维护继电器能够满意当时盛行的智能电机操控中心(IMCC)的需求，智能电机维护器还需求具有网络通讯功用。
图1是智能电机维护器的硬件结构框图。
2 体系硬件规划
2.1 MCU
MCU是电机维护器的中心部分，首要担任数据收集、数据处理、输出操控和参数设置。这儿选用的是ST公司最新推出的STM32F103xD系列ARM芯片。
该系列芯片选用ARM公司32位的C0rtex M3为中心，最高主频为72MHz，Cortex中心内部具有单周期的硬件乘法和除法单元，所以合适用于高速数据的处理。
芯片具有三个独立的转化周期，最低为1μs的高速模数转化器，三个独立的数模转化器带有各自独立的采样坚持电路，所以特别合适三相电机操控、电网监测和多参数仪器设备的运用。
芯片还带有丰厚的通讯单元，包含多达5个异步串行接口、1个USB从器材、1个CAN器材、I2C和SPI等模块。
2.2 模拟量收集单元
电机维护器首要需求收集电流、电压和温度这三个模拟量来对电机的运转状况进行监测和维护。
电流传感器类型很多，首要包含磁芯电流互感器、霍尔传感器、分流电阻。而电机维护器所衔接的电机容量首要以几千瓦至数十千瓦的电机为主，因而电机相电流首要在数安培至几十安培。因而选用电流互感器为电流收集单元，具有量程宽、发热小、阻隔电压高级长处。一起在不改动处理电路的参数的一起，选用不同变比的电流传感器能够方便地改动电机维护器的电流检测量程，然后能够方便地用于更大容量的电机维护。
电压直接经过电阻分压取得，因而整个电机操控器是共热地的体系。电阻选用的是高阻抗高耐压类型电阻，一起为了进步电压收集回路的过电压才能，电压分压电路选用多电阻串联方式，然后下降每一个电阻上的额定压降，一起进步整个支路的最高耐压。
温度传感器选用常见的铂电阻传感器或许NTC热敏电阻，维护器硬件上规划有对应的热电阻信号调度电路。因为热电阻都是非线性器材，因而温度收集处理通道都需求进行非线性处理，为了削减硬件电路的杂乱程度，因而实践热电阻调度单元仅仅规划选用一个外表放大器，而热电阻的非线性处理由MCU完结。别的还有一路MCU芯片内置的半导体温度传感器，用于检测维护器内的温度，然后避免因为体系过热而导致操控犯错。
2.3 液晶显现
关于独立运用的电机维护器，需求能够设置维护参数，显现当时的运转状况，当产生毛病时分还需求显现毛病类型。因而电机维护器需求有显现单元。
体系规划选用点阵方式STN是非液晶显现(LCD)模块，比较TFT五颜六色LCD模块，具有运用温度规模宽、寿命长、强光下仍能够阅览的长处。
LCD模块内置的操控器选用的并行数据通讯接口，包含数据总线、读写操控线、器材选通和复位引脚。体系规划时，运用STM32F103xD芯片的多功用静态存储器操控器(FSMC)与LCD模块相连。
STM32F芯片的FSMC模块是一个支撑静态存储器(SRAM)、NOR F1ash和PSRAM的多功用静态存储器操控器。能够支撑8位或许16位宽度的存储器。
LCD模块的拜访时序与SRAM的相同，而且能够经过装备引脚挑选为8080或许6800类型的接口时序。图2是STM32芯片的FSMC接口与LCD的电气衔接，这儿的液晶是选用的8080接口时序。
2.4 通讯电路
智能电机操控中心(IMCC)的操控结构大都是总线型分布式网络结构，体系中有中心操控器担任调度和监控一切电机的运转。依据所运用的中心操控器(大多为PLC)的不同，体系的通讯协议有MODBUS、Fieldbus和以太网等。其间最常见的是MODBUS协议。MODBUS协议的物理层是依据RS485的半双工通讯网络，电机维护器在其间是处于从机位置。
因为电机维护器内部是共热地体系，所以RS485长途通讯需求与操控器主回路阻隔。关于RS485收发器的阻隔，需求对通讯信号和收发器的供电进行阻隔。电机维护器的通讯接口规划的通讯波特率最高需求到达57.6kbps，因而需求运用高速光耦或许数字阻隔芯片完结对通讯信号的阻隔。
数字阻隔芯片是一种新式的器材，TI、ADI和Silicon Lab等公司都有推出具有各自专利的数字阻隔器材，但各家芯片的引脚封装和引脚功用大部分都是兼容的，能够直接替换。相对传统的高速光耦，数字阻隔器材具有功耗低、传输速率高、兼容3V/5V体系和外设简略等长处。实践衔接电路如图3所示。
3 体系软件规划
3.1 监控程序
智能电机维护器中，MCU只需完结电流和电压的采样、核算、剖析来完结各种维护功用，而且实时显现线路的参数和记载毛病状况。
体系软件中，大局监控软件用来循环扫描各个单元子程序的状况，包含模数转化器的数据采样，数据收集完结后对数据进行核算，然后依据核算成果和预先设置的电机参数，结合维护战略判别出当时电机的状况。最终经过LCD显现器和输出操控接口宣布相应的状况信息和操控功用。
3.2 ADC的装备和运用
因为电机维护器收集的是50Hz工频电压电流，一起为了能够监测到电网中的高次谐波成分(首要是3次谐波)，因而在ADC的采样频率需求设置在工频的整数倍，然后使得采样快速傅立叶(FFT)运算时得到最精确的精度。一起，数据采样时，因为核算功率需求一起收集电压、电流值，因而在体系规划时，将三相的参数别离分配到两个模数转化器，而将温衡量放置在第三个模数转化器。一切的模数转化均选用内部定时器中止触发。
关于电压和电流的收集，体系选用同步采样模数，即一起收集同一个通道的电压和电流值;一起在采样通道装备寄存器中，将三个电压电流通道顺次摆放，使得在一次定时器触发下，一次性完结一切通道的转化。
因为FFT需求一组数据进行核算，所以为了最低程度的CPU干涉，体系规划运用了DMA来完结转化成果的传递。程序规划时，需求设置两块数据寄存区，用于采样数据的替换寄存;一起DMA传递的字节计数的预置值即为傅立叶转化数组长度乘以收集的通道数。
3.3 长途通讯
电机维护器规划为MODBUS从机，一切的电机运转状况、操控状况等参数都是放置在体系约好地址的寄存器中。一起MODBUS从机需求给每一个电机操控器预置一个网络中仅有的从机地址，所以还需求运用按键和LCD屏幕来设置从机地址。
4 结语
本文提出一种依据STM32系列新品的智能电机维护器，本规划充分利用了STM32芯片的资源，供给必要的外围器材构成了一个完好的体系。实践运用证明，此体系能有用维护电机，且具有结构简略、功用完善、接口丰厚等长处，依据实践需求还能够开宣布比如USB、CAN open等接口，因而此体系能够更广泛地运用于工业出产各个领域。
