Geekly articles weekly

Placa inteligente para controle de cargas de energia trifásicas


Continuamos desenvolvendo microcontroladores da família Kinetis .

Uma casa ou edifício inteligente não se limita a sensores ou iluminação de temperatura. Existem também elevadores, diversos elevadores para pessoas com deficiência, elevadores de carga, portões, barreiras, bombas, ventiladores e outros utensílios domésticos. Tradicionalmente, essas são áreas conservadoras; os conceitos de casas inteligentes são difíceis de penetrar nelas. Esta placa permite atualizar as soluções estabelecidas e adicionar integração à Internet das Coisas (Internet of Things).


É assim que a unidade de controle de uma usina geralmente se parece:

Nesse caso, é uma caixa para controlar portões rolantes de alta velocidade que cobrem câmaras frias.

Sua função é simplesmente elevar ou abaixar rapidamente o portão. Mas a complexidade é impressionante!
Provavelmente levou alguns dias para montar, marcar e testar para montar esta caixa. Uma história separada com a instalação e o suporte de tais equipamentos. Aqui, o projeto de lei já está em andamento há semanas, já que mais pessoas com pouca qualificação estão envolvidas nisso. E a presença de um controlador programável aqui nem sequer facilita, mas complica a instalação e o suporte. Como a lógica deste controlador está oculta, não é intuitiva ou documentada. Em um esforço para reduzir custos, os fabricantes economizam na funcionalidade dos controladores e os recursos de autodiagnóstico no sistema são mínimos e inconvenientes.
O reparo dessas caixas pode durar meses, até que o contratado encontre um especialista adequado pronto para lidar com a fiação

E então surgiu a idéia de desenvolver uma placa bastante universal que transporta os elementos padrão básicos dos sistemas de controle para inversores trifásicos e outras cargas com um microcontrolador poderoso incorporado, um sistema operacional em tempo real e ferramentas de integração na IoT. Uma placa de circuito com elementos de energia colocados nela reduz o volume da instalação manual dos fios, reduz o número de erros de instalação, acelera o processo de montagem dos sistemas de controle e simplifica o reparo. E mesmo sua redundância funcional seria compensada pelos benefícios resultantes.

A placa foi fabricada com o microcontrolador MK60FN1M0VLQ12 da família Freescale Kinetis .
Sobre esses microcontroladores e desenvolvimentos baseados neles podem ser lidos aqui:

O software é baseado no sistema operacional Freescale MQX em tempo real .
Para conectar-se à Internet, um módulo Wi-Fi CC3100BOOST da TI foi selecionado .
Mas sobre esses componentes nos artigos a seguir, e aqui descreveremos brevemente a unidade de energia.

Potência da placa de circuito


Um circuito de controle de carga trifásico simplificado é mostrado na figura abaixo.

Controles principais: módulo tiristor SK45UT08 (47 A, 800V) e três contatores K1, K2, K3. Cada canal do módulo tiristor também pode ser desviado por um relé separado (não mostrado no diagrama), para reduzir a geração de calor no módulo tiristor quando totalmente ligado.

Se o motor CA assíncrono atua como carga, para alterar o sentido de rotação, são utilizados os contatores K1 e K2, alternando duas das três fases entre si.
Um elemento obrigatório nos sistemas de controle do acionamento dos elevadores é a chamada corrente de segurança com um elemento que interrompe o circuito de potência. Este elemento no circuito é o contator K3.

Além disso, a placa de circuito no circuito de potência contém detectores de precisão de tensão zero, sensores de corrente e sensores de tensão.

Princípio de gestão


O módulo tiristor pelo método de controle de fase controla a potência média do período fornecido à carga.
O controle de fase de dimmers domésticos conhecidos também pode iniciar e desacelerar motores sem problemas, sem o uso de conversores de frequência.

Em alguns casos, a ausência de conversão de frequência tem suas vantagens: não há ruídos acústicos específicos, não há emissão eletromagnética de alta frequência, a base do elemento é mais barata. Em particular, a emissão eletromagnética de conversores de frequência pode causar muitos problemas no estágio de certificação.

O controlador de tiristor, por sua vez, é capaz de suportar sobrecargas muito maiores do que um conversor de frequência. Por exemplo, esta placa suportou sobrecargas de até 10 kW durante o teste, o que é 3 vezes mais que a sua potência nominal. Conversores de frequência raros são capazes de fornecer mais de 150% de potência acima da nominal.

Para obter um controle preciso da velocidade durante o estágio de aceleração e desaceleração, a placa possui uma entrada para conectar um codificador em quadratura. Um codificador de quadratura é montado no eixo do motor e serve para medir sua velocidade de rotação. Para codificadores absolutos digitais, a placa possui uma interface RS485.

Principais especificações



A potência de carga comutada é de 3 kW, a uma tensão de 380 V.

CPU


  • Microcontrolador da família Kinetis - MK60FN1M0VLQ12
  • Frequência de clock - 120 MHz
  • Capacidade de RAM - 128 kB
  • Capacidade do flash - 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 .





Como pode ser visto no esquema, a unidade de força requer uma atitude cuidadosa. Ele deve ser iniciado e parado sem problemas para evitar sobrecargas de choque. Não deve ser superaquecido, ou seja, você precisa monitorar sua temperatura. Depois de parar, você deve ativar os freios no momento exato. Deve-se tomar cuidado para garantir que o inversor não ultrapasse as posições permitidas ou que o freie e desenergize o mais rápido possível. Isso sem mencionar o funcionamento de chaves fim de curso intermediárias e auxiliares adicionais, solenoides de freios auxiliares, etc.
É daí que vem a complexidade de todas essas caixas de controle!

Portanto, a compactação do sistema de controle, alto desempenho, flexibilidade e um curto ciclo de modernização de algoritmos, a capacidade de controlar remotamente, o aumento da quantidade de informações de diagnóstico, os logs acumulados ao longo da vida, agendamento via serviços em nuvem - tudo isso pode facilitar drasticamente a vida do desenvolvedor com esta placa.

Os materiais de design do painel são publicados aqui - https://github.com/Indemsys/SB200BE

Source: https://habr.com/ru/post/pt383263/

More articles:


All Articles