一种基于FPGA实现DP-V1通讯的智能控制保护管理装置的制作方法

一种基于fpga实现dp-v1通讯的智能控制保护管理装置
技术领域
1.本实用新型涉及电机控制技术领域，具体的，涉及一种基于fpga实现dp-v1通讯的智能控制保护管理装置。


背景技术：

2.由于电动机的效率高、种类和规格多、具有各种良好的特性，电力拖动易于操作和控制，可以实现自动控制和远距离控制，因此，电力拖动广泛应用于国民经济各领域。例如各种机床、轧制生产线、电力机车、风机、水泵、电动工具乃至家用电器等，数不胜数。
3.智能控制保护管理装置用于实现对电动机的各种保护、监测及控制功能，并能通过现场总线，实现对电动机回路的远程监控，保证各生产领域的安全可靠运行。目前，现有的智能控制保护管理装置对电机控制的准确度还有待提高。同时，dp-v1通信接口芯片价格昂贵，造成智能控制保护管理装置成本高。


技术实现要素：

4.本实用新型提出一种基于fpga实现dp-v1通讯的智能控制保护管理装置，解决了相关技术中智能控制保护管理装置控制准确度低的问题。
5.本实用新型的技术方案如下：包括与主控芯片u3连接的转速检测电路，所述转速检测电路包括依次连接的磁电式转速传感器、限幅电路、运放u1和运放u2，
6.所述限幅电路包括反并联的二极管d1和二极管d2，所述二极管d1的阴极与所述磁电式转速传感器的输出端连接，所述二极管d1的阳极接地，所述二极管d1的阴极接入所述运放u1的同相输入端，所述运放u1的反相输入端通过电阻r4接地，所述运放u1的输出端通过电阻r3反馈连接至反相输入端，
7.所述运放u1的输出端接入所述运放u2的同相输入端，所述运放u2的反相输入端接入基准电压ref，所述运放u2的输出端通过电阻r8反馈连接至同相输入端，所述运放u2的输出端作为所述转速检测电路的输出，接入主控芯片u3。
8.进一步，还包括滤波电路，所述滤波电路包括电阻r1、电容c1、电阻r2和电容c2，所述电阻r1的一端与所述磁电式转速传感器的输出端连接，所述电阻r1的另一端与电容c1的第一端连接，电容c1的第二端接地，所述电容c1的第一端与所述电阻r2的一端连接，所述电阻r2的另一端与所述电容c2的第一端连接，所述电容c2的第二端接地，所述电容c2的第一端作为所述滤波电路的输出，接入所述二极管d1的阴极。
9.进一步，还包括过流保护电路，所述过流保护电路包括多路过流检测电路和继电器控制电路，任一所述过流检测电路包括电流传感器、运放u7、整流电路和二极管d12，
10.所述电流传感器用于检测电机相电流，所述电流传感器的输出端接入所述运放u7的同相输入端，所述运放u7的反相输入端通过电阻r10接地，所述运放u7的输出端通过电阻r11反馈连接至反相输入端，
11.所述整流电路包括二极管d3、二极管d4、二极管d5和二极管d7组成的整流桥，所述
整流电路的输入端与所述运放u7的输出端连接，所述整流电路的输出端通过二极管d12接入所述继电器控制电路，
12.所述继电器控制电路包括晶闸管scr和继电器k1，整流电路的输出端通过二极管d12接入所述晶闸管scr的门极，所述晶闸管scr的阳极与继电器k1线圈的一端连接，所述继电器k1线圈的另一端与电源5v连接，所述继电器k1的常闭触点串联在所述电机的供电电路中。
13.进一步，还包括多路触点保护电路，所述任一触点保护电路包括串联的电阻r9和电容c3，所述电阻r9和所述电容c3构成的串联支路并联在一相电机负载的两端。
14.进一步，还包括通信电路，所述通信电路包括依次连接的桥接芯片u4和fpga芯片u5，所述桥接芯片u4与主控电路连接，所述fpga芯片u5用于与远程终端连接。
15.本实用新型的工作原理及有益效果为：
16.本实用新型中转速检测电路用于实现电机转速的精准检测，其工作原理为：磁电式转速传感器输出信号为近似正弦波信号，且幅值随着频率的增加而变大，在低频时，磁电式转速传感器输出信号幅值在0.2~0.8v，高频时，磁电式转速传感器输出信号幅值可超过30v；磁电式转速传感器的输出电压经限幅电路限幅后，在电压限定在0.7v，接入运放u1的同相输入端，运放u1构成同相比例放大电路，用于对较小的输出电压进行放大；运放u2构成滞回比较电路，把运放u1的输出电压整形为方波信号，该方波信号能够反映磁电式转速传感器输出信号的频率；该方波信号送入主控芯片u3，主控芯片u3根据方波信号的频率即可计算得到电机转速。其中，磁电式转速传感器基于电磁感应原理，不需电源供电，性能稳定且精度高，有利于简化电路结构。运放u1和运放u2均采用op37，其增益带宽可达63mhz，满足磁电式转速传感器输出信号的高带宽需求。
17.本实用新型中转速检测电路能够实现电机转速的准确检测，有利于提高电机控制精度。
附图说明
18.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
19.图1为本实用新型中转速检测电路原理图；
20.图2为本实用新型中过流保护电路原理图；
21.图3为本实用新型中触点保护电路原理图；
22.图4为本实用新型中通信电路原理图。
23.图中：1转速检测电路，2过流保护电路，3触点保护电路，4通信电路。
具体实施方式
24.下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本实用新型保护的范围。
25.如图1所示，本实施例智能控制保护管理装置包括与主控芯片u3连接的转速检测电路，转速检测电路包括依次连接的磁电式转速传感器、限幅电路、运放u1和运放u2，
26.限幅电路包括反并联的二极管d1和二极管d2，二极管d1的阴极与磁电式转速传感器的输出端连接，二极管d1的阳极接地，二极管d1的阴极接入运放u1的同相输入端，运放u1的反相输入端通过电阻r4接地，运放u1的输出端通过电阻r3反馈连接至反相输入端，
27.运放u1的输出端接入运放u2的同相输入端，运放u2的反相输入端接入基准电压ref，运放u2的输出端通过电阻r8反馈连接至同相输入端，运放u2的输出端作为转速检测电路的输出，接入主控芯片u3。
28.本实施例中转速检测电路用于实现电机转速的精准检测，其工作原理为：磁电式转速传感器输出信号为近似正弦波信号，且幅值随着频率的增加而变大，在低频时，磁电式转速传感器输出信号幅值在0.2~0.8v，高频时，磁电式转速传感器输出信号幅值可超过30v；磁电式转速传感器的输出电压经限幅电路限幅后，在电压限定在0.7v，接入运放u1的同相输入端，运放u1构成同相比例放大电路，用于对较小的输出电压进行放大；运放u2构成滞回比较电路，把运放u1的输出电压整形为方波信号，该方波信号能够反映磁电式转速传感器输出信号的频率；该方波信号送入主控芯片u3，主控芯片u3根据方波信号的频率即可计算得到电机转速。其中，磁电式转速传感器基于电磁感应原理，不需电源供电，性能稳定且精度高，有利于简化电路结构。运放u1和运放u2均采用op37，其增益带宽可达63mhz，满足磁电式转速传感器输出信号的高带宽需求。
29.其中，基准电压ref由电阻r6和电阻r7分压得到，通过调节电阻r6和电阻r7的阻值即可调节基准电压ref的大小，电路结构简单、操作方便。
30.本实施例中转速检测电路能够实现电机转速的准确检测，有利于提高电机控制精度。
31.进一步，还包括滤波电路，如图1所示，滤波电路包括电阻r1、电容c1、电阻r2和电容c2，电阻r1的一端与磁电式转速传感器的输出端连接，电阻r1的另一端与电容c1的第一端连接，电容c1的第二端接地，电容c1的第一端与电阻r2的一端连接，电阻r2的另一端与电容c2的第一端连接，电容c2的第二端接地，电容c2的第一端作为滤波电路的输出，接入二极管d1的阴极。
32.电阻r1、电容c1、电阻r2和电容c2构成二阶低通滤波电路，用于滤除磁电式转速传感器输出信号中的高频干扰信号，进一步提高了信号检测的准确性。
33.进一步，还包括过流保护电路，如图2所示，过流保护电路包括多路过流检测电路和继电器控制电路，任一过流检测电路包括电流传感器、运放u7、整流电路和二极管d12，
34.电流传感器用于检测电机相电流，电流传感器的输出端接入运放u7的同相输入端，运放u7的反相输入端通过电阻r10接地，运放u7的输出端通过电阻r11反馈连接至反相输入端，
35.整流电路包括二极管d3、二极管d4、二极管d5和二极管d7组成的整流桥，整流电路的输入端与运放u7的输出端连接，整流电路的输出端通过二极管d12接入继电器控制电路，
36.继电器控制电路包括晶闸管scr和继电器k1，整流电路的输出端通过二极管d12接入晶闸管scr的门极，晶闸管scr的阳极与继电器k1线圈的一端连接，继电器k1线圈的另一端与电源5v连接，继电器k1的常闭触点串联在电机的供电电路中。
37.本实施例中电流传感器用于检测电机的相电流，运放u7构成同相比例放大电路，电流传感器的输出为交流电压信号，该交流电压信号将运放u7构成的放大电路放大后，接
入整流电路的输入端，整流电路的输出端为直流电压信号，该直流电压信号能够反映电机相电流的大小。当电机某一相电流过大时，整流电路的输出端足以控制晶闸管scr导通，继电器k1的线圈通电，继电器k1的常闭触点断开，及时切断电机电源，避免过流故障对电机造成损坏。
38.进一步，还包括多路触点保护电路，如图3所示，任一触点保护电路包括串联的电阻r9和电容c3，电阻r9和电容c3构成的串联支路并联在一相电机负载的两端。
39.电机为感性负载，在触点k1_1突然断开时，感性负载两端会产生大的感应电动势，容易造成触点烧毁。本实施例中，电阻r9和电容c3构成续流回路，并联在电机负载的两端，减弱感性负载中电流的变化，对应的感应电动势减小，使触点k1_1免受高压。
40.进一步，还包括通信电路，如图4所示，通信电路包括依次连接的桥接芯片u4和fpga芯片u5，桥接芯片u4与主控电路连接，fpga芯片u5用于与远程终端连接。
41.本实施例中，采用桥接芯片u4和fpga芯片u5实现dp-v1通讯功能，用于电机的远程监控。现有的dp-v1通讯接口芯片成本高，会增加整个智能控制保护管理装置的成本，本实施例利用fpga芯片的可编程功能，实现dp-v1通信芯片的控制逻辑，桥接芯片u4用于主控芯片u3和fpga芯片u5的接口管理。
42.在另一实施例中，也可以选择内嵌有桥接芯片的fpga芯片，进一步简化电路结构。
43.以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。