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                                        關(guān)鍵詞：PZ96-P/J功率監(jiān)控器；磁力泵；交流接觸器；I/O模塊

    陸偉青（1979－）
男，畢業(yè)于上海大學機械制造及自動化專業(yè)，主要研究方向為智能化控制。

1     引言

    工廠低壓配電系統(tǒng)中存在著大量的電機回路，其中很大一部分負責機械動力的供給，如機械切割和煤炭等物體的傳送等。另外一些重要回路除了負責傳動外，還擔負著計量的功能，對于這些重要的回路需要進行實時監(jiān)控以防止故障的發(fā)生，由于此類回路故障導致工廠停產(chǎn)的現(xiàn)象時有發(fā)生。如醫(yī)藥生產(chǎn)系統(tǒng)中計量泵的運行負責著藥品的比例配比，石化行業(yè)聚合反應(yīng)中各化工成份合成配比的控制等。如果采用多功能電動機保護器實行保護功能，功能浪費嚴重，成本高，用戶很難接受。本文介紹一種PZ96-P/J功率監(jiān)控器，利用其I/O（開關(guān)量輸入/輸出）模塊與接觸器配合實現(xiàn)磁力泵的控制及保護功能，從而保證了計量系統(tǒng)的可靠運行。

2     產(chǎn)品設(shè)計 

    2.1   CS5463芯片介紹

    CS5463是一個包含兩個Δ∑模-數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC）、高速電能計量功能和一個SPI串行接口的高度集成的Δ∑模-數(shù)轉(zhuǎn)換器，如圖2所示。它可以精確測量和計算有功電能、瞬時功率、IRMS和VRMS，可廣泛用于研制開發(fā)單相2線或3線電表。CS5463可以使用低成本的分流器或互感器測量電流，使用分壓電阻或電壓互感器測量電壓。CS5463具有與微控制器通訊的雙向串口，芯片的脈沖輸出頻率與有功能量成正比。CS5463具有方便的片上AC/DC系統(tǒng)校準功能。

圖1  CS5463芯片

    （3）執(zhí)行電路

    通過開關(guān)量的輸入來判斷控制電機的接觸器狀態(tài)，當故障出現(xiàn)時，由開關(guān)量輸出模塊來執(zhí)行接觸器的脫扣，從而實現(xiàn)電動機的停車。

    2.3    軟件程序設(shè)計

    （1）根據(jù)校驗儀輸入的電流、電壓有效值計算出二次側(cè)滿功率：
    
    折算到一次側(cè)的功率時，應(yīng)乘以CT變比值。

    （2）根據(jù)CS5463測量到的無功功率和校驗得到的無功滿功率，計算得到實際有功功率：
   
    在開始采集前，初始化程序需將用戶設(shè)置參數(shù)從內(nèi)部MSP430的FLASH中讀取到內(nèi)存中，從而可以實現(xiàn)快速處理。其處理程序如圖3所示。
　　

3     產(chǎn)品技術(shù)指標 

    PZ96-P/J磁力泵防干轉(zhuǎn)功率監(jiān)控器產(chǎn)品主要技術(shù)指標見表1。
    
   

4     工作原理

    PZ96-P/J功率監(jiān)控器是以微處理器為基礎(chǔ)的數(shù)字負荷監(jiān)控裝置，兼有測量和保護的功能。它測量并顯示泵用電動機的實際功率千瓦數(shù)（kW）或功率百分比(%)，并且可以動態(tài)修改CT變比（對于大于5安培回路）以滿足不同容量電動機的要求。監(jiān)控器可用于任何負載狀態(tài)下斷開電機。因此使泵避免低載或過載狀態(tài)運行。

    圖4為交流電機在接通電源后即刻顯示的一個典型功率曲線，可設(shè)定的啟動定時器（Ts）用來從保護周期中濾出啟動時電動機產(chǎn)生的大峰值功率消耗值。Ts的延時功能在功率消耗達5%以后開始啟動。當Ts終止時，則時限Tr1、Tr2才會動作。Tr用于避免發(fā)出報警，除非功率消耗要比在一段持續(xù)時間內(nèi)的極限值高或低，以避免保護器的誤動作和頻繁動作而影響生產(chǎn)。

5     典型應(yīng)用

    在連接監(jiān)控器之前，應(yīng)檢查電動機的滿載電流。電機電流低于5安培時，則不需要電流互感器。如果滿載電流略大于5安培，而電機準備在遠低于滿載時運行，則也不需要電流互感器。當電機電流大于5安培時，則必須使用電流互感器。其典型應(yīng)用如圖5所示。

6     功率上下限的設(shè)定

    使泵在正常流量下運轉(zhuǎn)，觀察監(jiān)控器顯示器上的功率百分比(%)。調(diào)節(jié)泵的出口閥門，使流量在0至最大值之間變化。注意監(jiān)控器顯示器上反映這些情況的功率百分比(%)，然后將流量調(diào)至正常值。測定結(jié)果如圖6所示，確保能從圖中推導出監(jiān)控器設(shè)定的上、下限(%)。上限設(shè)定值應(yīng)在泵的正常流量和最大流量之間。下限設(shè)定值應(yīng)在泵的正常流量和所推薦的最小安全流量之間。推薦的泵的最小安全流量可以從泵的性能數(shù)據(jù)表中獲得。
　　

    % nor為正常流量下監(jiān)控器顯示的功率百分比（% ）；

    Q nor為泵的正常流量；

    Q msf為泵的最小安全流量；

    Q max為泵的最大流量；

    Q msf~Q max為監(jiān)控器上、下限設(shè)置中允許的流量范圍。

7     結(jié)束語

    將功率監(jiān)控器應(yīng)用于控制系統(tǒng)從而極大的提高了磁力泵使用的安全性。實踐證明，該方案具有接線簡單，易于維護，操作方便等優(yōu)點，它的應(yīng)用極大的提高了系統(tǒng)運行的可靠性。

    其它作者：楊學東（1969－），男，北華大學，電氣自動化，主要研究方向為電氣設(shè)備制造；周中（1968－），男，長春光學精密機械學院，電子應(yīng)用系，學士，主要研究方向為智能配電及系統(tǒng)。

參考文獻:

    [1] 魏小龍.  MSP430系列單片機接口技術(shù)及系統(tǒng)設(shè)計[M].  北京航空航天大學出版社，2002.

    [2] 磁力泵防干轉(zhuǎn)功率監(jiān)控器原理、調(diào)試及使用手冊.  漢勝工業(yè)設(shè)備（上海）有限公司.2007.

    [3] CIRRUS LOGIC CS5463 datasheet .

    [4] 任致程，周中.  電力電測數(shù)字儀表原理與應(yīng)用指南[M]，中國電力出版社，2006.