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ARD智能电动机保护器自动检测系统设计功能介绍

吴德明
江苏安科瑞电器制造有限公司

摘要:为了提高智能电动机保护器产品精度及可靠性，基于数字电子技术、模拟电子线路、
单片微型计算机及上位机语言，开发了一套自动检测系统。介绍了系统的软硬件设计，并进
行多次测试。测试结果表明，该系统能对智能电动机保护器自动施加信号，以检验其精度、
保护功能及附加性能，自动判别测试结果是否满足技术指标要求，且检测结束后能实现测试
数据的自动保存与打印。与常规的人工测试系统相比，具有检测效率高、测试过程规范、自
动化程度高、准确度高、通用性强、测试数据管理便捷等特点。该自动检测系统已在公司流
水线上正常运行，被证明是切实可行的。
关键词:智能电动机保护器；自动检测；单片机；上位机软件；

0引言

智能电动机保护器具有远程通信接口，模拟量输入输出、开关量输入输出，与传感器、PLC、
PC等组成控制系统，能实现电动机运行的远程监控[1]，适用于煤矿、石化、冶炼、电力、船舶、
污水处理等领域的自动化管控、民用建筑的智能管理。由于用户需要功能多样、保护功能复杂，
所以其可靠性涉及到多方面指标，为了确保产品的质量，智能电动机保护器的各项指标在出厂之
前均需要经过严格的检测。目前，对其检测采用手动方式，故存在检测工序繁琐、工作效率不高、
可靠性低、检测流程不规范、检测数据存储麻烦且无法自动打印等问题，增加了该产品的生产成
本，制约了企业的生产效率和效益的提高，不能满足现代大规模的高效生产和检测的需要。此外，
客户对产品功能的定制还存在多样化特点，故实现智能电动机保护器的自动检测有着重要的意
义。
高精度电子元器件、现代单片机技术以及数据库技术的发展，使得自动检测智能电动机
保护器成为可能。可以通过上位机控制整个检测过程，采用单片机技术实现信号的产生并控
制信号的通断，应用串口服务器技术控制多表位通信，借助远程服务器技术进行测试数据的
存储等组成一个自动检测系统，以降低生产成本、提高了检测效率、消除人工记录时易产生
错误等弊端[2,3,4]。

1系统基本要求

该系统需能自动完成对保护器各设定参数、数显精度、保护功能、附加功能等进行全面
的检测，并且能自动判别检测结果是否符合产品技术指标要求，同时还应具有测试结果的存
储、统计、查询以及检测报告输出等功能[5,6]。该系统主要需求和技术指标如下：
(1)使用产品范围。适合各种不同规格的智能电动机保护器。
(2)工作模式。全自动与单个检测项自动并存。
(3)工作环境。鲁棒性强，能够应对流水线突然断电、人员误操作等突发情况。
(4)检测效率。可同时检测多台相同规格的电动机保护器，并要求检测时间短。
(5)功率源的技术指标。输出电压范围为：AC3×30V~3×450V；输电流范围为：AC
0.1A~800A；移相范围为：0~360°；电压电流输出频率范围为：45Hz~65Hz；电压、电流正
弦波输出时波形的失真度<0.5%；正弦波输出时功率源的电压、电流、功率稳定度<0.1%；可
以驱动阻性、感性、容性(<4uF)负载；具有内置的输出电压短路和输出电流开路自动检测保
护功能。
(6)分机控制单元。能够与被检测保护器及上位机通信，能采集到保护器的开关量输入、
模拟量输入，并具有开关输出控制和计时功能。

2系统硬件结构原理

系统基本原理框图如图1所示。该系统主要模块包括：PC机，RS-485扩展通信模块，
波形发生模块，电流、电压功放及切换装置，分机控制模块，打印机等。

图1系统基本原理框图

（1）PC机。PC机作用于上位机操作，主要实现人机交互功能，负责完成检测参数的设
定、检测的启停控制、检测过程的实时监控、检测结果的保存与打印等工作，是完成整个检
测过程不可或缺的设备。
（2）RS-485扩展通信模块。该模块主要完成PC机、波形发生模块、分机控制模块以
及被检测保护器之间的通信。
（3）波形发生模块。波形发生模块（精密数字式信号源）产生检测中所需要的各类信
号，通过电流、电压切换装置控制打开电流、电压输出，并最终流入智能电动机保护器中进
行精度、保护、开关量等功能的检测。
（4）电流、电压功率放大器。系统功率放大器采用了PWM功率放大技术，并设计了电
压短路过载，电流开路过载及快速限流保护措施，确保功率放大器长期稳定可靠的工作。
（5）电流、电压切换装置。单台电流切换装置示意图如图2所示，该装置主要有短路
继电器和输出继电器组成，能够有效的避免电流开路。通过短路继电器和输出继电器之间的
切换，可控制保护器输入电流的有无；通过选择短路继电器某一路或某几路闭合，可以得到
单相电流或多相电流。单台电压切换装置示意图如图3所示，通过控制继电器的断开闭合，
来决定是否输入电压信号。
图2电流切换装置示意图