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Smart Board zur Steuerung von 3-Phasen-Strombelastungen


Wir entwickeln Mikrocontroller der Kinetis- Familie weiter .

Ein Smart Home oder Gebäude ist nicht auf Temperatursensoren oder Beleuchtung beschränkt. Es gibt auch Aufzüge, verschiedene Aufzüge für Menschen mit Behinderungen, Lastenaufzüge, Tore, Barrieren, Pumpen, Ventilatoren und andere Haushaltsgegenstände. Traditionell sind dies konservative Bereiche, in die Smart-Home-Konzepte nur schwer einzudringen sind. Mit diesem Board können Sie etablierte Lösungen aktualisieren und IoT (Internet of Things) integrieren.


So sieht die Steuereinheit eines Kraftwerks normalerweise aus:

In diesem Fall handelt es sich um eine Box zur Steuerung von Hochgeschwindigkeits-Rolltoren, die Kühlräume abdecken.

Seine Funktion besteht einfach darin, das Tor schnell anzuheben oder abzusenken. Aber die Komplexität ist beeindruckend!
Es hat wahrscheinlich ein paar Tage gedauert, um diese Box zusammenzubauen, zu markieren und zu testen. Eine separate Geschichte mit der Installation und Unterstützung solcher Geräte. Hier läuft die Rechnung schon seit Wochen, da hier weniger gering qualifiziertes Personal beschäftigt ist. Und das Vorhandensein einer programmierbaren Steuerung erleichtert hier nicht einmal die Installation und den Support, sondern erschwert sie. Da die Logik dieses Controllers verborgen ist, ist sie nicht intuitiv oder dokumentiert. Um die Kosten zu senken, sparen die Hersteller an der Funktionalität der Steuerungen, und die Selbstdiagnosefunktionen im System sind minimal und unpraktisch.
Die Reparatur solcher Boxen kann Monate dauern, bis der Auftragnehmer einen geeigneten Spezialisten findet, der für die Verkabelung bereit ist

Und dann kam die Idee auf, eine ziemlich universelle Karte zu entwickeln, die die grundlegenden Standardelemente von Steuerungssystemen für Drehstromantriebe und andere Lasten mit einem eingebauten leistungsstarken Mikrocontroller, einem Echtzeitbetriebssystem und Integrationstools in IoT enthält. Eine Leiterplatte mit darauf platzierten Leistungselementen reduziert das Volumen der manuellen Kabelinstallation, reduziert die Anzahl der Installationsfehler, beschleunigt den Montageprozess von Steuerungssystemen und vereinfacht die Reparatur. Und selbst seine funktionale Redundanz würde durch die daraus resultierenden Vorteile ausgeglichen.

Die Platine wurde mit dem Mikrocontroller MK60FN1M0VLQ12 aus der Kinetis- Familie von Freescale hergestellt.
Über diese Mikrocontroller und die darauf basierenden Entwicklungen kann hier gelesen werden:

Die Software basiert auf dem Echtzeitbetriebssystem Freescale MQX .
Um eine Verbindung zum Internet herzustellen , wurde ein Wi-Fi-Modul CC3100BOOST von TI ausgewählt .
Aber über diese Komponenten in den folgenden Artikeln, und hier werden wir kurz das Aggregat beschreiben.

Leiterplattenstromversorgung


Eine vereinfachte 3-Phasen-Laststeuerschaltung ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Grundlegende Steuerungen: Thyristormodul SK45UT08 (47 A, 800 V) und drei Schütze K1, K2, K3. Jeder Kanal des Thyristormoduls kann auch durch ein separates Relais (in der Abbildung nicht dargestellt) überbrückt werden, um die Wärmeerzeugung am Thyristormodul bei vollständigem Einschalten zu verringern.

Wenn der asynchrone Wechselstrommotor als Last wirkt, werden zum Ändern der Drehrichtung die Schütze K1 und K2 verwendet, die zwei der drei Phasen untereinander schalten.
Ein obligatorisches Element in den Steuerungssystemen des Antriebs der Aufzüge ist die sogenannte Sicherheitskette mit einem Element, das den Stromkreis unterbricht. Dieses Element in der Schaltung ist das Schütz K3.

Zusätzlich enthält die Leiterplatte im Stromkreis Präzisionsnullspannungsdetektoren, Stromsensoren und Spannungssensoren.

Managementprinzip


Das Thyristormodul steuert durch das Phasensteuerungsverfahren die durchschnittliche Leistung für die der Last zugeführte Periode.
Die Phasensteuerung bekannter Haushaltsdimmer kann auch Motoren ohne Verwendung von Frequenzumrichtern reibungslos starten und verlangsamen.

In einigen Fällen hat das Fehlen einer Frequenzumwandlung seine Vorteile: Es gibt kein spezifisches akustisches Rauschen, es gibt keine hochfrequente elektromagnetische Emission und die Elementbasis ist billiger. Insbesondere die elektromagnetische Emission von Frequenzumrichtern kann in der Zertifizierungsphase große Probleme verursachen.

Der Thyristorregler kann wiederum viel größeren Überlastungen standhalten als ein Frequenzumrichter. Zum Beispiel hat diese Platine während des Tests Überlastungen von bis zu 10 kW standgehalten, was dreimal so viel ist wie die Nennleistung. Seltene Frequenzumrichter können mehr als 150% Leistung über dem Nennwert liefern.

Um eine genaue Geschwindigkeitsregelung während der Beschleunigungs- und Verzögerungsphase zu erreichen, verfügt die Karte über einen Eingang zum Anschließen eines Quadraturcodierers. Ein Quadraturgeber ist auf der Motorwelle montiert und dient zur Messung seiner Drehzahl. Für digitale Absolutwertgeber verfügt die Karte über eine RS485-Schnittstelle.

Schlüsselspezifikationen



Die geschaltete Lastleistung beträgt 3 kW bei einer Spannung von 380 V.

Zentralprozessor


  • Mikrocontroller der Kinetis-Familie - MK60FN1M0VLQ12
  • Taktfrequenz - 120 MHz
  • RAM-Kapazität - 128 kB
  • Flash-Kapazität - 1 MB
  • SPI Data Flash 128 4



  • CAN – 1
  • RS485 – 1
  • RS232 ( 1.5 /c) – 2
  • SDHC SD – 1
  • Wi-Fi CC3100BOOST UART SPI (20 /)
  • JTAG/SWD — 1



  • , 16- — 4
  • 16- — 12
  • NTC — 1
  • — 1
  • 3- — 3
  • 3- — 3
  • — 3



  • 0 10 , 10 — 1
  • 24, 6 — 2
  • 50 , 50 — 8
  • 220 , 1 — 2
  • 220, 10 — 1



  • 12-24 .





Wie aus dem Schema ersichtlich ist, erfordert der Antrieb eine sorgfältige Einstellung. Es muss reibungslos gestartet und gestoppt werden, um Stoßüberlastungen zu vermeiden. Es darf nicht überhitzt werden, d.h. Sie müssen die Temperatur überwachen. Nach dem Anhalten müssen Sie die Bremsen genau zum richtigen Zeitpunkt einschalten. Es muss darauf geachtet werden, dass der Antrieb die zulässigen Positionen nicht überschreitet oder auf andere Weise so schnell wie möglich bremst und abschaltet. Dies ist nicht zu erwähnen, dass zusätzliche Zwischen- und Hilfsendschalter, Magnetventile von Hilfsbremsen usw. funktionieren.
Daher kommt die Komplexität all dieser Steuerkästen!

Die Kompaktheit des Steuerungssystems, die hohe Leistung, die Flexibilität und der kurze Zyklus der Modernisierung von Algorithmen, die Möglichkeit zur Fernsteuerung, die erhöhte Menge an Diagnoseinformationen, die während der gesamten Lebensdauer gesammelten Protokolle und die Planung über Cloud-Dienste können dem Entwickler mit diesem Board das Leben drastisch erleichtern.

Board Design Materialien werden hier veröffentlicht - https://github.com/Indemsys/SB200BE

Source: https://habr.com/ru/post/de383263/

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