关键词：PZ96-P/J功率监控器；磁力泵；交流接触器；I/O模块

    陆伟青（1979－）
男，毕业于上海大学机械制造及自动化专业，主要研究方向为智能化控制。

1     引言

    工厂低压配电系统中存在着大量的电机回路，其中很大一部分负责机械动力的供给，如机械切割和煤炭等物体的传送等。另外一些重要回路除了负责传动外，还担负着计量的功能，对于这些重要的回路需要进行实时监控以防止故障的发生，由于此类回路故障导致工厂停产的现象时有发生。如医药生产系统中计量泵的运行负责着药品的比例配比，石化行业聚合反应中各化工成份合成配比的控制等。如果采用多功能电动机保护器实行保护功能，功能浪费严重，成本高，用户很难接受。本文介绍一种PZ96-P/J功率监控器，利用其I/O（开关量输入/输出）模块与接触器配合实现磁力泵的控制及保护功能，从而保证了计量系统的可靠运行。

2     产品设计 

    2.1   CS5463芯片介绍

    CS5463是一个包含两个Δ∑模-数转换（ADC）、高速电能计量功能和一个SPI串行接口的高度集成的Δ∑模-数转换器，如图2所示。它可以精确测量和计算有功电能、瞬时功率、IRMS和VRMS，可广泛用于研制开发单相2线或3线电表。CS5463可以使用低成本的分流器或互感器测量电流，使用分压电阻或电压互感器测量电压。CS5463具有与微控制器通讯的双向串口，芯片的脉冲输出频率与有功能量成正比。CS5463具有方便的片上AC/DC系统校准功能。

图1  CS5463芯片

    （3）执行电路

    通过开关量的输入来判断控制电机的接触器状态，当故障出现时，由开关量输出模块来执行接触器的脱扣，从而实现电动机的停车。

    2.3    软件程序设计

    （1）根据校验仪输入的电流、电压有效值计算出二次侧满功率：
    
    折算到一次侧的功率时，应乘以CT变比值。

    （2）根据CS5463测量到的无功功率和校验得到的无功满功率，计算得到实际有功功率：
   
    在开始采集前，初始化程序需将用户设置参数从内部MSP430的FLASH中读取到内存中，从而可以实现快速处理。其处理程序如图3所示。
　　

3     产品技术指标 

    PZ96-P/J磁力泵防干转功率监控器产品主要技术指标见表1。
    
   

4     工作原理

    PZ96-P/J功率监控器是以微处理器为基础的数字负荷监控装置，兼有测量和保护的功能。它测量并显示泵用电动机的实际功率千瓦数（kW）或功率百分比(%)，并且可以动态修改CT变比（对于大于5安培回路）以满足不同容量电动机的要求。监控器可用于任何负载状态下断开电机。因此使泵避免低载或过载状态运行。

    图4为交流电机在接通电源后即刻显示的一个典型功率曲线，可设定的启动定时器（Ts）用来从保护周期中滤出启动时电动机产生的大峰值功率消耗值。Ts的延时功能在功率消耗达5%以后开始启动。当Ts终止时，则时限Tr1、Tr2才会动作。Tr用于避免发出报警，除非功率消耗要比在一段持续时间内的极限值高或低，以避免保护器的误动作和频繁动作而影响生产。

5     典型应用

    在连接监控器之前，应检查电动机的满载电流。电机电流低于5安培时，则不需要电流互感器。如果满载电流略大于5安培，而电机准备在远低于满载时运行，则也不需要电流互感器。当电机电流大于5安培时，则必须使用电流互感器。其典型应用如图5所示。

6     功率上下限的设定

    使泵在正常流量下运转，观察监控器显示器上的功率百分比(%)。调节泵的出口阀门，使流量在0至最大值之间变化。注意监控器显示器上反映这些情况的功率百分比(%)，然后将流量调至正常值。测定结果如图6所示，确保能从图中推导出监控器设定的上、下限(%)。上限设定值应在泵的正常流量和最大流量之间。下限设定值应在泵的正常流量和所推荐的最小安全流量之间。推荐的泵的最小安全流量可以从泵的性能数据表中获得。
　　

    % nor为正常流量下监控器显示的功率百分比（% ）；

    Q nor为泵的正常流量；

    Q msf为泵的最小安全流量；

    Q max为泵的最大流量；

    Q msf~Q max为监控器上、下限设置中允许的流量范围。

7     结束语

    将功率监控器应用于控制系统从而极大的提高了磁力泵使用的安全性。实践证明，该方案具有接线简单，易于维护，操作方便等优点，它的应用极大的提高了系统运行的可靠性。

    其它作者：杨学东（1969－），男，北华大学，电气自动化，主要研究方向为电气设备制造；周中（1968－），男，长春光学精密机械学院，电子应用系，学士，主要研究方向为智能配电及系统。

参考文献:

    [1] 魏小龙.  MSP430系列单片机接口技术及系统设计[M].  北京航空航天大学出版社，2002.

    [2] 磁力泵防干转功率监控器原理、调试及使用手册.  汉胜工业设备（上海）有限公司.2007.

    [3] CIRRUS LOGIC CS5463 datasheet .

    [4] 任致程，周中.  电力电测数字仪表原理与应用指南[M]，中国电力出版社，2006.