2.1 信號處理單元

信號處理單元采用整流放大濾波電路，見(jiàn)圖2，該電路能將采樣得到的交流信號整流成直流信號，由CPU片內AD進(jìn)行轉換計算。

圖中IC1為運算放大器LM324，采用雙電源供電，這樣可以保證LM324輸出電壓達到5V充分利用A/D轉換提高顯示精度。IC1將采樣得到的信號進(jìn)行兩級放大處理，提高了信號的采樣精度，保證了信號的線(xiàn)性度。

2.2 中央處理單元

中央處理單元選用MOTOROLA公司的第一款基于高度節能型S08核的器件MC9S08AW32高性能單片機，該單片機片上資源豐富，抗干擾能力突出。內含32K字節用戶(hù)程序空間，片上集成2K的RAM，支持BDM片上調試功能，片內集成看門(mén)狗電路，片上集成8通道10位AD。外部擴展了鐵電存儲器，用于存儲一些重要的參數，即使以后升級程序也不會(huì )丟失先前的重要數據。

CPU對采樣信號進(jìn)行處理計算，根據測量得到的電流、電壓值與預先設定的各種保護數值進(jìn)行對比，由此來(lái)判斷電動(dòng)機的運行狀態(tài)是否正常，是否需要進(jìn)行保護。中央處理單元電路見(jiàn)圖3。

2.3 電源模塊

采用AC380V電源模塊。該電源模塊輸入電壓為AC220V～450V，輸入頻率45Hz～60Hz，輸出電壓穩定、故障率小，輸出紋波 <1％，轉換效率≥75％。具有過(guò)壓、過(guò)流保護。該模塊經(jīng)實(shí)際現場(chǎng)使用，具有很高的穩定性、可靠性和抗干擾能力。

2.4 人機交互單元

人機交互單元采用LED顯示和按鍵輸入，系統采用單排四位LED數碼管顯示各種信息。用戶(hù)可根據實(shí)際需要進(jìn)行設置。在編程狀態(tài)下顯示菜單及參數。數碼管顯示采用動(dòng)態(tài)掃描方式，其驅動(dòng)電路使用一片74HC595加三極管構成。

2.5 控制模塊

控制模塊主要由開(kāi)關(guān)量輸入、輸出組成，見(jiàn)圖4。開(kāi)關(guān)量輸入用于監測外部開(kāi)關(guān)狀態(tài)，也可根據客戶(hù)要求用于電動(dòng)機的起動(dòng)、停止控制；開(kāi)關(guān)量輸出主要用于輸出報警信號、脫扣信號和遠程起動(dòng)信號。

2.6 通訊接口模塊

通訊接口模塊采用通用的RS-485、Modbus RTU通訊規約，能實(shí)現遙測、遙控、遙信等功能，見(jiàn)圖5。

2.7 整體設計

保護器采用主體模塊和電流互感器模塊分離的結構如圖6。該結構非常適合安裝于抽屜式開(kāi)關(guān)柜。安裝時(shí)將帶顯示的保護主體部分嵌入式的安裝在開(kāi)關(guān)抽屜的活動(dòng)面板內，這樣既簡(jiǎn)化了柜內接線(xiàn)、又方便了系統隨時(shí)調整、設定參數和顯示、監控，同時(shí)數字化的顯示面板也增添了柜面的統一性和美觀(guān)性，使得配電室內的設備運行情況及故障狀態(tài)一目了然，極大的方便了系統巡視和檢修維護?；ジ衅鞑糠植捎肈IN35導軌式安裝方式，方能夠按照用戶(hù)的測量需求，更換不同量程的電流互感器。

2.8 軟件設計

本產(chǎn)品的主軟件流程圖如圖7所示，主程序包括A/D子程序、保護子程序、計算顯示子程序、按鍵處理子程序、通訊子程序等子程序，由于程序內容較多，現只給出主程序流程和保護子程序流程圖，見(jiàn)圖8。

ARD2智能電動(dòng)機保護器按額定工作電壓可分為AC380V、AC220V；按工作電流范圍來(lái)分可分為6.3A（1.6A～6.3A）、25A（25A～100A）、100A（25A～100A）、250A（63A～250A）、800A（250A～800A）五個(gè)測量檔位。實(shí)現對電動(dòng)機運行中出現的啟動(dòng)超時(shí)、欠壓、過(guò)壓、欠載、過(guò)載、短路、堵轉/阻塞、斷相、不平衡、剩余電流（接地/漏電）等故障進(jìn)行保護。并能在此基礎上增加各種附加功能，主要有：

1）遠程起動(dòng)功能：由上位機通過(guò)通訊控制保護器的起動(dòng)繼電器，來(lái)實(shí)現遠程起動(dòng)電動(dòng)機。

2）報警功能：當電動(dòng)機運行狀態(tài)出現故障時(shí)，在還未達到預先設定的脫扣時(shí)間前進(jìn)行報警提示。

3）通訊功能：RS-485通訊功能，能夠通過(guò)通訊接口將保護器檢測得到的電動(dòng)機運行的各種參數實(shí)時(shí)傳送給后臺主控設備，方便工作人員及時(shí)了解電動(dòng)機的工作狀態(tài)。

4）漏電保護：開(kāi)放漏電保護監測功能，當電動(dòng)機的運行環(huán)境出現漏電情況時(shí)，及時(shí)切斷電動(dòng)機的供電電源。

5）開(kāi)關(guān)量輸入：用于監測外部開(kāi)關(guān)的分合狀態(tài)，也可按客戶(hù)要求進(jìn)行起、?？刂?。

6）事件記錄：記錄保護器的最近8次脫扣動(dòng)作產(chǎn)生的時(shí)間和原因，方便維護人員查看和檢修。

7）4～20mA模擬量輸出：提供直流4～20mA電流信號。

圖9為采用直接啟動(dòng)接線(xiàn)方式的ARD2智能電動(dòng)機保護器典型應用圖。用戶(hù)可通過(guò)按動(dòng)外部啟動(dòng)按鈕SB2或通過(guò)上位機遠程控制保護器的啟動(dòng)繼電器來(lái)啟動(dòng)電機。其控制方式為：當啟動(dòng)按鈕SB2按下或遠程啟動(dòng)繼電器7、8閉合，則接觸器KM的吸引線(xiàn)圈處于通電狀態(tài)，使接觸器KM的主觸頭和自鎖觸頭KM閉合，啟動(dòng)電動(dòng)機。此時(shí)，松開(kāi)SB2或啟動(dòng)繼電器7、8斷開(kāi)后接觸器KM的吸引線(xiàn)圈還是處于通電狀態(tài)，主觸頭和自鎖觸頭KM仍舊處于閉合狀態(tài)，電動(dòng)機處于通電狀態(tài)。一旦電動(dòng)機正常啟動(dòng)后，保護器就對電動(dòng)機的運行狀態(tài)進(jìn)行監測，當電動(dòng)機出現故障狀態(tài)后，ARD2保護器的脫扣繼電器動(dòng)作，常閉觸點(diǎn)95、96斷開(kāi)，使接觸器KM的吸引線(xiàn)圈斷電，使接觸器KM的主觸頭和自鎖觸頭的狀態(tài)由合變?yōu)榉?，切斷電?dòng)機的供電，使電動(dòng)機停車(chē)。

圖10為電動(dòng)機采用Y—?轉換啟動(dòng)接線(xiàn)方式的ARD2智能電動(dòng)機保護器典型應用圖。在圖5中，時(shí)間繼電器KT的觸頭狀態(tài)為吸引線(xiàn)圈失電時(shí)的狀態(tài)，即“常態(tài)”。當啟動(dòng)按鈕SB2或遠程啟動(dòng)繼電器7、8閉合，則接觸器KM1線(xiàn)圈通電，使KM1的主觸頭和自鎖觸頭KM1閉合，同時(shí)，時(shí)間繼電器KT吸引線(xiàn)圈通電，由于延時(shí)作用，它的觸頭不立即動(dòng)作，于是接觸器KM3線(xiàn)圈通電，接于主回路中的KM3的主觸頭閉合，電動(dòng)機進(jìn)行星型連接降壓?jiǎn)?dòng)狀態(tài)，同時(shí)KM3的互鎖觸頭斷開(kāi)，使接觸器KM2的吸引線(xiàn)圈不能通電，電動(dòng)機運行于Y型供電方式。當時(shí)間繼電器KT的延時(shí)時(shí)間到，時(shí)間繼電器KT的延時(shí)斷開(kāi)常閉觸頭斷開(kāi)，使接觸器KM3吸引線(xiàn)圈斷電，主觸頭KM3斷開(kāi)，同時(shí)時(shí)間繼電器KT的延時(shí)閉合常開(kāi)觸頭閉合，接觸器KM2的吸引線(xiàn)圈通電，主觸頭KM2閉合，電動(dòng)機供電方式改為?型連接，進(jìn)入正常運行狀態(tài)。與此同時(shí)，KM2的互鎖觸頭斷開(kāi)，使接觸器KM3吸引線(xiàn)圈不會(huì )通電。一旦電動(dòng)機正常啟動(dòng)后，保護器就對電動(dòng)機的運行狀態(tài)進(jìn)行監測，當電動(dòng)機出現故障狀態(tài)后，ARD2保護器的脫扣繼電器動(dòng)作，常閉觸點(diǎn)95、96斷開(kāi)，使接觸器KM的吸引線(xiàn)圈斷電，使接觸器KM的主觸頭和自鎖觸頭的狀態(tài)由合變?yōu)榉?，切斷電?dòng)機的供電，使電動(dòng)機停車(chē)。

在實(shí)際使用過(guò)程中，應注意嚴格按照電動(dòng)機的額定電流來(lái)選擇保護器，防止人為放大和縮小保護范圍；避免由于量程太大或太小而造成的測量誤差，從而使保護器無(wú)法正常對電動(dòng)機進(jìn)行保護。

由于A(yíng)RD2保護器采用主體模塊和電流互感器模塊分離的結構，所以在現場(chǎng)使用時(shí)應注意按出廠(chǎng)編號將保護器主體與互感器配對使用。但考慮到會(huì )有維修更換保護器或互感器的情況發(fā)生，因此只要保護器主體和互感器的產(chǎn)品型號一樣，可以任意配和使用，不會(huì )對測量保護產(chǎn)生影響。

保護器的設計定位為替代熱繼電器，故保護器本身不提供對電動(dòng)機的起動(dòng)、停止控制及各種起動(dòng)控制方式。對電動(dòng)機各種起動(dòng)控制方式的實(shí)現需要外部電路的支持。

ARD2智能電動(dòng)機保護器的功能較多，能夠對電動(dòng)機運行中遇到的各種類(lèi)型的故障進(jìn)行準確的報警顯示和脫扣動(dòng)作，能有效的防止電機意外燒毀的發(fā)生，能為用戶(hù)節約大量的資金，是熱繼電器的理想替代產(chǎn)品。因此，廣泛采用電動(dòng)機智能保護器，不但可以提高工藝控制的準確性、科學(xué)性，降低事故率，而且對于提高電氣控制系統的自動(dòng)化水平和發(fā)展國民經(jīng)濟，也能起到積極的推動(dòng)作用。