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                                        關鍵詞：PZ96-P/J功率監控器；磁力泵；交流接觸器；I/O模塊

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

1     引言

    工廠低壓配電系統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控以防止故障的發生，由于此類回路故障導致工廠停產的現象時有發生。如醫藥生產系統中計量泵的運行負責著藥品的比例配比，石化行業聚合反應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功率監控器，利用其I/O（開關量輸入/輸出）模塊與接觸器配合實現磁力泵的控制及保護功能，從而保證了計量系統的可靠運行。

2     產品設計 

    2.1   CS5463芯片介紹

    CS5463是一個包含兩個Δ∑模-數轉換（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-數轉換器，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系統校準功能。

圖1  CS5463芯片

    （3）執行電路

    通過開關量的輸入來判斷控制電機的接觸器狀態，當故障出現時，由開關量輸出模塊來執行接觸器的脫扣，從而實現電動機的停車。

    2.3    軟件程序設計

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

    （2）根據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置參數從內部MSP430的FLASH中讀取到內存中，從而可以實現快速處理。其處理程序如圖3所示。
　　

3     產品技術指標 

    PZ96-P/J磁力泵防干轉功率監控器產品主要技術指標見表1。
    
   

4     工作原理

    PZ96-P/J功率監控器是以微處理器為基礎的數字負荷監控裝置，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（kW）或功率百分比(%)，并且可以動態修改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。監控器可用于任何負載狀態下斷開電機。因此使泵避免低載或過載狀態運行。

    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用于避免發出報警，除非功率消耗要比在一段持續時間內的極限值高或低，以避免保護器的誤動作和頻繁動作而影響生產。

5     典型應用

    在連接監控器之前，應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。其典型應用如圖5所示。

6     功率上下限的設定

    使泵在正常流量下運轉，觀察監控器顯示器上的功率百分比(%)。調節泵的出口閥門，使流量在0至最大值之間變化。注意監控器顯示器上反映這些情況的功率百分比(%)，然后將流量調至正常值。測定結果如圖6所示，確保能從圖中推導出監控器設定的上、下限(%)。上限設定值應在泵的正常流量和最大流量之間。下限設定值應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據表中獲得。
　　

    % nor為正常流量下監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為監控器上、下限設置中允許的流量范圍。

7     結束語

    將功率監控器應用于控制系統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，操作方便等優點，它的應用極大的提高了系統運行的可靠性。

    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備制造；周中（1968－），男，長春光學精密機械學院，電子應用系，學士，主要研究方向為智能配電及系統。

參考文獻:

    [1] 魏小龍.  MSP430系列單片機接口技術及系統設計[M].  北京航空航天大學出版社，2002.

    [2] 磁力泵防干轉功率監控器原理、調試及使用手冊.  漢勝工業設備（上海）有限公司.2007.

    [3] CIRRUS LOGIC CS5463 datasheet .

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