PZ96-P/J磁力泵防干转功率监控器的设计及应用

　　1 引言

　　工厂低压配电系统中存在着大量的电机回路，其中很大一部分负责机械动力的供给，如机械切割和煤炭等物体的传送等。另外一些重要回路除了负责传动外，还担负着计量的功能，对于这些重要的回路需要进行实时监控以防止故障的发生，由于此类回路故障导致工厂停产的现象时有发生。如医药生产系统中计量泵的运行负责着药品的比例配比，石化行业聚合反应中各化工成份合成配比的控制等。如果采用多功能电动机保护器实行保护功能，功能浪费严重，成本高，用户很难接受。本文介绍一种PZ96-P/J功率监控器，利用其I/O(开关量输入/输出)模块与接触器配合实现磁力泵的控制及保护功能，从而保证了计量系统的可靠运行。

　　2 产品设计

　　2.1 CS5463芯片介绍

　　CS5463是一个包含两个Δ∑模-数转换(ADC)、高速电能计量功能和一个SPI串行接口的高度集成的Δ∑模-数转换器，如图2所示。它可以精确测量和计算有功电能、瞬时功率、IRMS和VRMS，可广泛用于研制开发单相2线或3线电表。CS5463可以使用低成本的分流器或互感器测量电流，使用分压电阻或电压互感器测量电压。CS5463具有与微控制器通讯的双向串口，芯片的脉冲输出频率与有功能量成正比。CS5463具有方便的片上AC/DC系统校准功能。

　　图1 CS5463芯片

　　2.2 监控器的硬件电路设计(如图2所示)

　　(1)数码管的动态显示设计

　　将需要显示的数字通过查表译码输出给74HC595，通过595的锁存功能将字形锁存，而P5.0～P5.3则构成选通信号。

　　用MSP430内部的TA定时器产生一个1ms的定时中断，在中断程序中刷新数码管的显示，以实现动态显示。

　　(2)键盘控制和LED显示电路设计

　　由MSP430的P1口的P1.0～P1.3构成键盘控制电路，其原理如图3所示。由于本系统要求有8种状态显示，故需要使用8个发光LED来表示当前程序运行的不同状态，而MSP430微控制器具有丰富的I/O口资源，因此不需要再额外增加译码芯片和软件开销。

　　图2 基于MSP430和CS5463的硬件测量框图

　　(3)执行电路

　　通过开关量的输入来判断控制电机的接触器状态，当故障出现时，由开关量输出模块来执行接触器的脱扣，从而实现电动机的停车。

　　2.3 软件程序设计

　　(1)根据校验仪输入的电流、电压有效值计算出二次侧满功率：

　　折算到一次侧的功率时，应乘以CT变比值。

　　(2)根据CS5463测量到的无功功率和校验得到的无功满功率，计算得到实际有功功率：