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为了促进和规范安相关的控制和保护系统的设计、制造和应用,国外直致力于制定相关的标准。欧洲国家处于先地位,早的安相关系统的标准于20世纪70年代诞生在德国,是有关锅炉/燃烧器启?？刂频?。此后,随着仪表控制技术和控制系统可靠性技术的发展,为适应各种工业部门对安相关系统性能要求的不断提,有关安相关系统的标准也不断和完善,目前国际常见的标准有:

a)IEC61508 Functional safety of elect rical/elect ronic/programmable elect ronic safety-related systems;

b)IEC61511 Functional safety:Safety in-strumented systems for t he process indust ry sector;

c)ANSI/ISA-84.01 Application of safety instrumented systems for t he process indust ries;

d)DIN V 19250 Programmable safety system;

e)NFPA 285 Boiler and bustion systems hazards code(2001)。

其中,ANSI/已经被美国OSHA(Occupational safety and health administration——职业安和健康管理局)接受,广泛应用于北美。IEC61508已于2002年8月份正式成为欧洲标准。中国是IEC的重要成员,国工业过程测量和控制标准委员会也在研究是否将IEC61508作为中国的国家标准。

2安仪表系统的安度等

安度等是用于描述安仪表系统安综合评价的等,指在规定的条件下、规定的时间内,安系统成功实现所要求的安功能的概率。安

仪表系统的安度等越,安系统实现所要求的安功能失败的可能性就越低。IEC61508标准根据安系统满足安要求的程度将安系统分为4个等:SIL1～SIL4,SIL1低,SIL4。随着电子技术的发展，电动机?；て髡蚧谙殖∽芟叩闹悄苄头较蚍⒄埂Ｎ夜旧杓频?span>ARD3电动机?；て髁⒆阌?水平，是具有智能?；ず涂赏ㄐ殴δ艿牡缍；て鳌２废盗械缌鞣段?，产品系列额定电流范围1.6～800A；可测量的电流范围宽，可以达到10倍电机额定电流；采用*进的软件算法和可靠的硬件设计，对电动机的过载、断相、三相不平衡、堵转、阻塞、过压、欠压等故障进行有效判断和可靠?；ぃ乇；げ捎眉扑惴治龅鼻暗缍娜热萘康姆椒?，根据热容情况判断电动机的过载状态，此种方法可以发挥电动机的过载能力；配有可编程开关量输入、继电器输出，用于实现远程主站对电动机运行状态的遥信监视和直接起动、自耦降压、星-三角等起动方式；带有标准RS-485接口ModBus通讯协议实现计算机联网。

1硬件设计

ARD3电动机?；て饔?span>H8/3687FP单片机实现电动机的?；すδ?。在硬件方面主要由三相电流信号采样、漏电流采样、电压信号采样、键盘接口、显示部分、控制输出、报警输出、通信接口等几部分构成，下面分别对其中的关键部分作简要介绍：

1.1信号采集单元

ARD3电动机?；て鞑捎媒涣鞑裳惴扑惚徊庑藕拧２裳绞绞前炊ㄖ芷冢ǔ莆裳芷冢┝凳辈裳徊庑藕鸥鐾暾牟ㄐ危ǘ杂谡也ㄖ恍璨裳敫鲋芷诩纯桑?，然后将采样得到的离散信号进行真有效值运算，从而得到被测信号的真有效值，这样就避免了被测信号波形畸变对采样值的影响。

信号采集单元的功能取样、整流、放互感器二次测的输出信号，将这些信号转换为单片机可处理的信号。ARD3电动机?；て髦写砣嗟缌餍藕拧⑹Ｓ嗟缌餍藕?、电压信号的信号采集放电路原理都相同，现以路电流信号采集放电路为例说明电路工作原理。

信号采集放电路如图1所示。在图中二管A1、A7是双向二管，对后电路起到过压保护作用。当输入的信号在正常范围内，A1、A7不起作用，当输入信号超出正常范围（或有脉冲干扰信号出现）时，A1、A7导通，防止超出后电路口范围的信号进入后电路，破坏后A/D电路。CR1为取样电阻，将从CT1输出的电流信号转变为电压信号。LM324和CR4，CR7，CR10，CR13组成同相放电路将电压信号放后输入A/D转换电路。

LM324采用双电源供电，这样可以保证LM324输出电压达到5V充分利用A/D转换提显示精度。通过运放将输入信号进行分档处理，小信号从P1.0输出信号从P1.1输出。这样处理是因为：电动机?；て饕淼牡缌鞣段Ш芸恚ㄒ拥缍?span>1倍额定电流到10倍额定电流），分档处理可以提测量精度。

1.2 I/O单元

开关量输入处理电路如图2所示。电路开关量由IN1～IN7输入，通过光藕后产生IS1～IS7，并行信号IS1～IS7输入到74HC165，通过74HC165将并行信号转换为串行信号传送给CPU。电阻R11～R18起到限流作用?；す怦钪械亩懿槐凰鸹?。RS1～RS8是拉电阻与电容CS～CS8配合使用既可以稳定光耦输出电平又可以在电时对光耦起到?；ぷ饔?。

继电器控制电路如图3所示。JDQ1～JDQ4与CPU连接，三管QJ11～QJ14的供电电压是+5V，三管QJ1～QJ4的供电电压是+24V。现以QJ11，QJ1这路控制电路来说明电路工作原理，当CPU输出电平时三管QJ11不导通，OUT11不会输出电流光藕不会导通，JT1也输出电平，QJ1不会导通继电器不会动作。当CPU输出低电平时三管QJ11导通，OUT1输出电平使光耦导通，JT1变为低电平，三管QJ1导通OUT1输出低电平使继电器发生动作。图3中二管DJ1～DJ4作为继电器续流二管。

控制输出部分可采用机电式继电器或固体继电器。前者价格便宜，市场产品丰富，驱动线路也比较简单，但可靠性和使用寿命有限，且在触点动作时会产生“火花"，严重时可影响系统的正常工作。因此，在PCB板布局时应将继电器尽量远离单片机并靠近仪表的输出口。另外，在继电器线圈两应并联续流二管，否则在继电器线圈断电瞬间会产生较的感应电压，从而破坏电路。固态继电器具有寿命长、性能稳定，无火花等特点，本产品中考虑到产品的可靠性要求采用固态继电器。

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1.3通讯单元

通讯电路如图4所示。通讯电路实现将CPU串口输出电平转换到RS485电平。本电路的巧妙之处在于数据收发直接由硬件来控制，不用CPU参与控制，这样可以节省CPU资源简化程序设计。

1.4 CPU单元

CPU单元是电机保护器的核心单元。信号采集，各种报警处理，通信功能，显示功能……都是由它来完成的。本产品采用的CPU芯片是瑞萨公司的H8/3687芯片，该芯片功能如下：62条基本指令；RTC（片实时时钟，可作为自由运算计数器使用），SCI（异步或者时钟同步串行通信接口）2路，1路IIC接口，8路10位A/D，８位定时器２个（Timer B1,TimerV），16位定时器１个（TimerZ），看门狗定时器，14位PWM，45个I/O引脚（H8/3687N有43个I/O引脚），包括8个可直接驱动LED的电流引脚（IOL=20mA,@VOL=），片复位电源POR电路，片低电压检测电路（LVD）。该芯片有两种封装形式：LQFP-64（10mm×10mm）FP-64(14mm×14mm)。CPU单元电路如图5所示。

因为A/D功能，IIC功能，RTC，定时器，看门狗等功能都已经集成到芯片内部，所以CPU单元的外围电路十分简洁，各引脚只需外接增加口驱动能力的拉电阻和稳定信号的滤波电容即可。

2软件设计

系统软件要完成三相电流、1路剩余电流、三路电压A/D，各种保护量计算，?；すδ芘卸洗恚允镜缪?、电流，故障记录，按键处理，通讯，变送等功能。只有合理安排程序流程来完成这些功能，?；て鞑拍芸煽抗ぷ鳎?。程序流程图如图6所示：

3抗干扰措施

电动机?；て髯魑；さ缍爸靡哂泻芮康目垢扇判浴Ｔ诒静啡碛布杓乒讨胁扇∪缦麓胧┨岵返目垢扇判裕?span>1硬件方面：电源部分加EMC滤波器，频变压器次与初加压电容，输出部分加滤波电路；信号采集部分增加滤波电路；在作信号处理的各芯片输入口处加口保护电路；在各芯片电源输入处加去藕电容；继电器两并联续流二管，加光耦与CPU口隔离；不使用的CPU口定义为输出状态；PCB板布局时模拟部分与数字部分作分区处理，模拟信号在模拟区域内布线，数字信号数字区域内布线，二者不进入彼此区域内；布线时尽量加粗电源线与地线，信号线走线时走145o线，不走直角线；使用CPU内部看门狗监控程序运行。2软件方面：各路信号采集都使用软件滤波，增加采样值的准确性。通过采取系列的措施，产品的抗干扰性能幅提，本产品次性顺利通过3C安认证型式试验。

4结论

ARD3电动机?；て鞑捎?进的设计方案，集测量、?；ぁ⒖刂?、通讯于身，产品性能安可靠，可以对电动机实施可靠有效的保护。ARD3电动机?；て髟谑导适褂弥型昕梢蕴嫒燃痰缙鳌⑽露燃痰缙鞯却车牡缍；げ?，替代各种指针式电量表、信号灯、电量变送器等常规元件，简化电动机控制电路，减少柜内电缆连接及现场施工量?；档奈：τ性硕考奈：Α⒕仓沟奈：推渌：?。