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用于控制三相功率负载的智能板


我们正在继续开发Kinetis系列微控制器。

智能家居或建筑物不仅限于温度传感器或照明。也有电梯，各种残疾人专用电梯，货梯，大门，障碍，泵，风扇和其他家庭用品。传统上，这些是保守的领域；智能家居概念很难渗透到其中。该板可让您升级已建立的解决方案，并向IoT（物联网）添加集成。


这是发电厂的控制单元通常的外观：

在这种情况下，它是一个用于控制覆盖冷室的高速卷帘门的盒子。

它的功能仅仅是快速升高或降低门。但是复杂性令人印象深刻！
组装，标记和测试可能需要几天的时间才能组装好此盒子。有关此类设备的安装和支持的单独故事。在这里，该法案已经进行了数周，因为更多的低技能人员正在从事这项工作。此处可编程控制器的存在甚至不方便，但会使安装和支持复杂化。由于该控制器的逻辑是隐藏的，因此不直观或没有记录。为了降低成本，制造商节省了控制器的功能，并且系统中的自诊断功能最少且不方便。
维修此类箱子可能要持续数月，直到承包商找到合适的专家准备处理接线为止。

然后，这个想法浮出水面，开发出一种通用板，该板带有用于三相驱动器和其他负载的控制系统的基本标准元素，并带有内置的强大微控制器，实时操作系统和IoT中的集成工具。带有功率元件的电路板减少了手动电线安装的数量，减少了安装错误的数量，加快了控制系统的组装过程，并简化了维修。甚至其功能冗余也会被所带来的好处所抵消。

该板使用飞思卡尔Kinetis系列的MK60FN1M0VLQ12微控制器制成。
关于这些微控制器和基于它们的开发可以在这里阅读：

该软件基于Freescale MQX实时操作系统。
为了连接到Internet，选择了TI 的Wi-Fi模块CC3100BOOST。
但是在接下来的文章中，关于这些组件的内容，在这里我们将简要描述电源单元。

电路板电源


下图显示了简化的三相负载控制电路。

主控制：晶闸管模块SK45UT08（47 A，800V）和三个接触器K1，K2，K3。晶闸管模块的每个通道也可以由一个单独的继电器（图中未显示）分流，以减少晶闸管模块在完全开启时产生的热量。

如果异步交流电动机充当负载，则为了改变其旋转方向，可以使用接触器K1和K2，在它们之间切换三相中的两相。
电梯驱动控制系统中的必不可少的元素是所谓的安全链，其中的一个元素会断开电源电路。电路中的这个元件是接触器K3。

此外，电源电路中的电路板还包含精密的零电压检测器，电流传感器和电压传感器。

经营方针


通过相位控制方法的晶闸管模块控制提供给负载的时间段内的平均功率。
众所周知的家用调光器的相位控制也可以平稳地启动和减速电动机，而无需使用变频器。

在某些情况下，不进行频率转换具有其优点：没有特定的声音噪声，没有高频电磁辐射，元件基座更便宜。尤其是，变频器的电磁辐射会在认证阶段造成很多麻烦。

晶闸管控制器又能比变频器承受更大的过载。例如，该板在测试过程中可承受高达10 kW的过载，这是其额定功率的3倍。稀有变频器能够提供比标称功率高150％以上的功率。

为了在加速和减速阶段实现精确的速度控制，该板具有一个用于连接正交编码器的输入。正交编码器安装在电机轴上，用于测量其转速。对于数字绝对编码器，该评估板具有RS485接口。

关键规格



电压为380 V时，开关负载功率为3 kW。

中央处理器


  • Kinetis系列微控制器-MK60FN1M0VLQ12
  • 时钟频率-120 MHz
  • RAM容量-128 kB
  • 闪存容量-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 .





从该方案可以看出，动力传动需要谨慎的态度。必须平稳启动和停止它，以免造成电击过载。它一定不能过热，即您需要监控其温度。停止后，您需要在正确的时间打开制动器。必须注意确保驱动器不会超出允许的位置，否则应尽快制动并断电。更不用说附加的中间和辅助限位开关，辅助制动器的电磁阀等的功能。
这就是所有这些控制箱的复杂性所在！

因此，控制系统的紧凑性，高性能，灵活性和较短的算法现代化周期，远程控制的能力，诊断信息量的增加，整个生命周期中积累的日志，通过云服务进行调度-所有这些都可以极大地简化开发人员使用此板的生活。

电路板设计材料在此处发布-https : //github.com/Indemsys/SB200BE

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN383263/

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