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    【扬州新菱电器】XHM1系列电机控制模块

    【扬州新菱电器】XHM1系列电机控制模块

    信息来源: | 作者: | 2015-09-30 | 次浏览

    (军工科技 节能环保) 
    一、产品概述 
    根据《国家战略性新兴产业发展规划》,“十二五”期间,我国将大力扶持和发展的包括节能环保产业、新能源产业、新一代信息技术产业、生物产业、高端装备制造业、新材料产业和新能源汽车产业等七大战略性新兴产业。其中,大力扶持和积极发展节能环保产业,可以积极应对全球气候变化,适应产业绿色发展的国际趋势,缓解当前我国由于资源环境造成的巨大国际压力,解决我国面临的越来越严重的能源危机,提高我国在能源管理、环境保护的国际地位,实现我国与世界各国的和谐发展。
    XHM1系列电机控制模块由中船重工集团旗下的723研究所组织研发。723所建于1968年,主要从事电子工程系统与设备的研制,是我国电子对抗系统和近程防御反导装备研制生产的专业研究所。多年来,跟踪世界先进技术,出色完成了多项国家重点工程项目。有数百台套设备装备于各类舰船,300多项科技成果获得了国家、部(省)级奖励,为我国的国防现代化建设做出了贡献。 
    XHM1系列电机控制模块采用军工科技的设计理念,以国家与行业的有关标准、规范和规定为依据,FPGA控制技术为核心,通过微电子技术、数据传输技术、软件技术、液晶显示技术等技术的应用,解决了传统电机控制保护产品能耗高、对环境不良影响大以及分立元件多、接线复杂、调试麻烦、难以实现系统自动化和网络化管理等问题,使电气设计、生产和使用更加规范化和模式化,可大大增强各类建筑中常用的水泵、风机、空调等设备使用的安全性和可靠性,完全满足民用建筑中各类电机常用的控制保护技术要求和现场工况要求。 
    二、产品结构 
    XHM1电机控制模块主要由操作显示器与控制模块构成,两者之间用数据电缆线链接。 
    操作显示器:采用人性化设计,具有一定的流线型,防止人的视觉疲劳,面板采用激光喷印技术,无污染,对环境有一定的环保作用。操作显示器的深度只有44mm,在定制箱体时无需考虑因为它的附加深度,可节约箱体的整体空间。控制模块有接线端子盖保证接线的安全性及直观性。用于直观显示当前的电机工作状态并对系统进行控制操作,具有手动、自动工作模式。通过控制按钮,可以设定系统工作状态,实现的运行、停止等功能。 
    控制模块:分为主模块与辅助模块,它的作用是实现CPS的各种工作状态和其它控制输入信号的巡回检测,保证CPS安全可靠地运行。模块包括查询CPS运行状态触点、控制线圈、消防信号、应急信号、自动信号、楼宇信号、消防栓等等的状态,根据程序预先设定的流程进行操作。 
    三、产品特点 
    1、节能降耗效果明显—节约能耗75% 
    XHM1系列电机控制模块是电力系统的末端控制电机的二次集成。由于产品的集中集成控制,与传统的二次集成箱柜相比可以节约能耗75%以上。 
    在传统产品中,二次控制元器件中有许多元器件耗能。据估算信号指示灯,中间继电器等的总能耗为55w左右,而我公司的XHM1模块的能耗仅不到7w。 
    2、节约材料人力—节约二次线40%/节省人力成本60%
    在成套接线中摒弃了原有的相关二次成套元器件如继电器,电铃,按钮,指示灯,转换开关等,可节约二次线40%。 
    本产品接线简易,降低了成套厂的设计人员,接线人员,检验人员的工作难度及工作强度,人力成本至少节省60%。 
    3、安全性好 
    1)电子低压原理:集成模块原理上可看成是由普通继电器、定时器、计数器等组合而成的电气控制系统,但内部的继电器实际上是指存储器中的存储单元,称为软继电器。 
    2)故障率极低:由于集成模块基本采用电子电路构成,没有信号灯、控制转换开关、普通继电器、定时器、计数器等电气控制元器件,大大减少了接点故障问题。在同类控制方式下,接点接线至少减少50%。 
    4、可靠性高 
    1)电子PCB板工艺稳定:首先采用SMT自动贴片技术,减少人为贴片故障率;其次集成模块的电子线路板采用三防处理工艺手段和方法,可以防潮防盐雾防霉。 
    2)产品结构稳定:集成模块两者采用数据线连接方式,接口密封;同时材料为防火耐高温材料分子。 
    5、电磁兼容性能优 
    在控制模块中主芯片控制采用FPGA的设计原理,可以直接实现对输入信号的滤波处理。在建筑控制系统中,不可避免地会遇到干扰信号,各种的毛刺会导致电机的误触发,而FPGA由于是多线程同时工作的,并根据信号的特点,采取不同的滤波方式,提高了系统的可靠性。 
    6、使用方便 
    XHM1系列电机控制模块根据实际控制的需求和对D303-2~3《常用电机控制电路图》的整理,并将XHM1系列电机智能集成系统分为10种控制类型,便于设计人员对应相应的风机或水泵应用图进行设计,并采用线号对应式接线方式,避免了原二次图的并线,跨线,短接等复杂的接线方式,具有极强的应用性。 
    在现阶段成套的接线时,有中间继电器,时间继电器,线端子,控制按钮及指示灯等等,它完全替代了以往成套接线方式,与接线图对应,与相应的端子号相连接,极大地降低了二次控制接线的工艺难度。 
    7、体积小,安装方便,美观 
    XHM1系列电机控制模块全部采用集中集成控制元件,在成套接线中摒弃了原有接线中的相关二次成套元器件,如继电器,电铃等;那么在箱内只有CPS和控制模块,箱门上也没有那么多显示灯及控制按钮,只剩下操作显示器。从总体上无论体积,安装方式及美观程度上比老式产品提升很多。 
    8.维护简单 
    产品采用模块化结构,轻便和便于维护更换。 本产品的接线端子采用与元器件一一对应方式,非常方便工程维护人员的定期维护和故障查询。 
    四、产品基本功能 
    1、人机界面 
    显示功能采用两种显示方式:LCD液晶显示采用中文字幕显示当前的运行状态,并实时显示各类的信号、运行、故障等。同时LED发光二极管无需操作,自动提示控制器的工作情况,可以初步判定当前是否工作,工作是否正常。极大的保证产品的可操作性,简单方便。 
    2、控制方案设定及操作功能: 
    产品的显示器上有明确的按键指示,包括方向键、确定键及复位键(←↑→↓■○)。通过按键的操作,可以在液晶显示面板上设定进行手动操作电机的起停控制,通过进入设置状态可以进行参数设定,如延时起动,自动轮换、轮换时间等。以图集为基础,保证各种控制方案的可执行性及简易性。 
    3、信号触点输入,输出 
    新式的端子接线方式:在控制与保护模块上直接标明输入的信号端子号,例如CPS1 A1.A2 CPS1 05.08等。无需对线号进行编制或对照原理图出接线图,简单快捷,不会出现人为的接线故障。如果在使用过程中出现故障后,可根据操作显示器的故障原因对照相应的接线端子排查故障即可。 
    1)在控制与保护模块上直接标明输入的信号端子号,例如CPS1 A1.A2 ;CPS1 05.08等。 
    2)自带自动信号输入端口,例如液位信号SL1,SL2,SL3;楼宇信号K1,K2;消防信号F1,F2,F3等 
    4、通信功能 
    根据设计的需求,预留通信接口,可并入其它自动化控制系统或中心。 
    5、安装方式 
    CPS控制保护开关装在箱体内部,为主电路元器件; XHM1电机集成模块分为两部分:操作显示器及控制与保护模块构成 ,控制与保护模块安装在箱内,操作显示器安装在箱门上便于操作,两者用数据电缆线链接。 
    五、FPGA控制技术 
    FPGA是Filed Programmable Gate Array 的缩写,即现场可编程逻辑阵列。FPGA是在CPLD的基础上发展起来的新型高性能可编程逻辑器件,它一般采用SRAM工艺,也有一些专用器件采用Flash工艺或反熔丝(Anti-Fuse)工艺等。FPGA的集成度很高,其器件密度从数万系统门到数千万系统门不等,可以完成极其复杂的时序与组合逻辑电路,适用于高速、高密度的高端数字逻辑电路设计领域。FPGA的基本组成部分有可编程输入/输出单元、基本可编程逻辑单元、嵌入式块RAM、丰富的布线资源、底层嵌入功能单元、内嵌专用硬核等。 
    采用FPGA数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令,并通过数字式、模拟式的输入和输出,控制各种类型的电机运行状态。XHM1系列电机控制模块及控制保护开关都易于使工业建筑控制系统形成一个整体,易于扩充其功能的原则设计。 
    FPGA的芯片优势主要体现在: 
    1、先进工艺性 
    采用90nmCMOS芯片加工工艺,目前比较成熟的CMOS的加工工艺为0.35μm、0.25μm、0.18μm、0.13μm等。而采用90nmCMOS芯片加工工艺意味着如下方面进步: 
    1)器件密度提高。 在相同的晶元尺寸上可以多集成一倍的晶体管,可以更好的完成复杂系统的设计,强有力地支持了FPGA的系统级应用。 
    2)工作频率提高。 某些高端FPGA的最高工作频率可达500MHZ。高的工作频率,配合高速I/O,使FPGA除了能适应传统的数字系统设计需求,也能适用于高速数字系统设计,为FPGA在高速领域取代ASIC提供了技术上的支持。 
    2、处理器内核 
    电路设计主要有偏硬和偏软两种应用,偏硬的应用即数字硬件电路,其特点是要求信号实时或高速处理,处理调度相对简单;FPGA已经逐步取代传统数字硬件电路,成为偏硬部分的主要设计手段;偏软的应用即数字运算电路,其特点是电路处理速度要求相对较低,允许一定的延迟,但是处理调度相对复杂,其主要设计手段是CPU或者DSP。FPGA内部嵌入CPU或DSP等处理器,使FPGA在一定程度上具备了实现软硬件联合系统的能力,FPGA正逐步成为SOC(System on chip)的高效设计平台。 
    3、硬件与结构化ASIC
    高端FPGA的另一个重要特点是集成了功能丰富的Hard IP Core(硬知识产权核)。通过Hard IP Core,FPGA正在逐步进入一些只有ASIC能完成的设计领域。 
    结构化ASIC的形式多种多样。例如某个成熟的FPGA设计,将其没有使用的时钟资源、布线资源等资源简化或者省略,使FPGA成为满足设计需求的最小配置,从而降低芯片面积,简化设计,节约成本。总之,市场趋势是FPGA设计与ASIC设计技术进一步融合在一起。 
    4、发展趋势 
    目前市场的竞争非常激烈,随着低成本器件的不断推陈出新,FPGA将渗透到数字电路的各个领域。FPGA的广泛应用后,电路设计将逐步走向归一化,一般电路系统将由单片机、CPU、DSP、FPGA/CPLD等主要器件构成。 
    六、技术指标 
    1、一般技术指标

    环境温度

    使用时:0-55℃,储存时:-20 - +70℃

    环境湿度

    35%~89%RH(不结露)使用时

    抗 振

    JIS C0911 标准 10~55Hz 0.5mm(最大 2G)3 轴方向各 2h(但用 DIN 导轨安装时 0.5G)

    抗 冲 击

    JIS C0912 标准 10G3 轴方向各3次

    抗噪声干扰

    用噪声仿真器产生电压为1000V噪声脉冲宽度为1ms,周期为 30~100 Hz 的噪声,在此噪声干扰下工作正常

    耐 压

    AC1500V 1min

    绝缘电阻

    5MΩ以上(DC500V 兆欧表)

    接 地

    第三种接地,不能接地时,亦可浮空

    使用环境

    无腐蚀性气体,无尘埃

    2、电源技术指标


    电源电压

    AC100~260V

    允许瞬间断电时间

    对于 10ms 以下的瞬间断电,控制动作不受影响

    电源熔丝

    250V 2A

    电力消耗/(VA)

    7VA

    模块电源

    DC7V、DC7V、DC12V

    有扩展部件

    DC5V 基本单元 290mA 扩展单元 100mA

    3、输入输出技术指标


    输入电流

    32mA

    输入响应时间

    60ms以内

    输出响应时间

    60ms以内

    电路隔离

    机械隔离、光电耦合器隔离

    输出控制

    继电器触点输出

    七、设计选型 
    1、产品型号 
     

    2、控制方式说明


    名称

    控制方式说明

    1

    XHM1-10

    单台风机或水泵控制器(单路基本控制,可一拖四控制)

    2

    XHM1-11

    单台风机或水泵控制器(单路控制)

    3

    XHM1-12

    单台星三角起动控制器、单台自藕降压起动控制器

    4

    XHM1-13

    单台软起动控制器

    5

    XHM1-21

    两台水泵相互备用直接起动控制器

    6

    XHM1-22

    两台水泵星三角起停控制器、自藕降压起动控制器

    7

    XHM1-23

    两台水泵软起起停控制器

    8

    XHM1-24

    可逆、双速电机控制器

    9

    XHM1-31

    三台水泵直接起停控制器

    10

    XHM1-33

    三台水泵软起起停控制器

    具体见附件——模块设计对应表。 
    八、XHM1模块与XLCPS配合在建筑领域中的应用 
    XHM1控制模块主要是针对民用建筑领域与XLCPS的配合使用,主要用于交流50Hz(60Hz)、额定电压380V、电流自0.16A至100A的电力系统中,根据各类要求,对XLCPS进行控制。 
    控制的建筑物内设备包括各类风机、水泵、空调、消防、照明等。 
    风机类:单台普通风机、单台排风兼排烟风机、排烟风机、正压送风机、新风机组、排风兼排烟双速电机等。 
    水泵类:单台水泵、排水泵、计算机控制水泵、稳压泵、消防稳压泵、消火栓泵、喷淋泵、热水循环泵、供(补)水泵、给水泵等。 
    其他类:照明、电机可逆、普通防火卷帘门、双速电机等。 
    1、运行方式: 
    1)启动方式有:全压启动运行方式、软启动运行方式、星三角运行方式、自藕减压运行方式。 
    2)运行方式有:单台运行、多台运行(一用一备、自动轮换、两用一备)。 
    2、控制方式 
    就地控制、两地控制、楼宇控制、消防联动控制、液位控制、消火栓箱控制等。 
    3、设计应用举例 
    下图为传统的常用的双速风机控制电路图,它具有手动两地和消防联动的功能,符合D303-2~3《常用电机控制电路图》SF-2,等同于新菱二次图集的CPSC-243

    应用XHM1电机控制模块设计,电路可简化如下图。 
    设计型号为:XHM1-24-CPSC-243。 

    9、传统产品与XHM1电机控制模块各类技术指标和性能比较表 
    以常用的SF-2双速风机电路图(手动两地+消防联动)XHM1-24-CPSC-243为例:


    技术性能指标

    传统产品

    XHM1模块

    说明

    1

    电源电压

    AC187~231V

    AC100~260V


    2

    总体耗能

    50W

    ≤7W

    能耗降低86%

    3

    接线接点

    180点

    50点

    接点少只有28%,故障率非常低

    4

    二次线

    100m

    40m

    节约二次线60%

    5

    绝缘电阻

    1MΩ以上

    5MΩ以上


    6

    电磁干扰

    一般

    有屏蔽处理,不易受干扰


    7

    体 积

    分布安装,占用面积较大

    集中安装,占用体积较小


    8

    重 量

    3kg



    9

    安装调试成本

    150元

    80元

    节约成本

    10

    抗 振

    一般

    符合JIS C0911标准


    11

    抗冲击

    一般

    符合JIS C0912标准


    12

    使用环境适应性

    一般

    无腐蚀性气体

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