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【揚州新菱電器】XHM1係列電機控製模塊

【揚州新菱電器】XHM1係列電機控製模塊

信息來源: | 作者: | 2015-09-30 | 次瀏覽

(軍工科技 節能環保) 
一、產品概述 
根據《國家戰略性新興產業發展規劃》,“十二五”期間,我國將大力扶持和發展的包括節能環保產業、新能源產業、新一代信息技術產業、生物產業、高端裝備製造業、新材料產業和新能源汽車產業等七大戰略性新興產業。其中,大力扶持和積極發展節能環保產業,可以積極應對全球氣候變化,適應產業綠色發展的國際趨勢,緩解當前我國由於資源環境造成的巨大國際壓力,解決我國麵臨的越來越嚴重的能源危機,提高我國在能源管理、環境保護的國際地位,實現我國與世界各國的和諧發展。
XHM1係列電機控製模塊由中船重工集團旗下的723研究所組織研發。723所建於1968年,主要從事電子工程係統與設備的研製,是我國電子對抗係統和近程防禦反導裝備研製生產的專業研究所。多年來,跟蹤世界先進技術,出色完成了多項國家重點工程項目。有數百台套設備裝備於各類艦船,300多項科技成果獲得了國家、部(省)級獎勵,為我國的國防現代化建設做出了貢獻。 
XHM1係列電機控製模塊采用軍工科技的設計理念,以國家與行業的有關標準、規範和規定為依據,FPGA控製技術為核心,通過微電子技術、數據傳輸技術、軟件技術、液晶顯示技術等技術的應用,解決了傳統電機控製保護產品能耗高、對環境不良影響大以及分立元件多、接線複雜、調試麻煩、難以實現係統自動化和網絡化管理等問題,使電氣設計、生產和使用更加規範化和模式化,可大大增強各類建築中常用的水泵、風機、空調等設備使用的安全性和可靠性,完全滿足民用建築中各類電機常用的控製保護技術要求和現場工況要求。 
二、產品結構 
XHM1電機控製模塊主要由操作顯示器與控製模塊構成,兩者之間用數據電纜線鏈接。 
操作顯示器:采用人性化設計,具有一定的流線型,防止人的視覺疲勞,麵板采用激光噴印技術,無汙染,對環境有一定的環保作用。操作顯示器的深度隻有44mm,在定製箱體時無需考慮因為它的附加深度,可節約箱體的整體空間。控製模塊有接線端子蓋保證接線的安全性及直觀性。用於直觀顯示當前的電機工作狀態並對係統進行控製操作,具有手動、自動工作模式。通過控製按鈕,可以設定係統工作狀態,實現的運行、停止等功能。 
控製模塊:分為主模塊與輔助模塊,它的作用是實現CPS的各種工作狀態和其它控製輸入信號的巡回檢測,保證CPS安全可靠地運行。模塊包括查詢CPS運行狀態觸點、控製線圈、消防信號、應急信號、自動信號、樓宇信號、消防栓等等的狀態,根據程序預先設定的流程進行操作。 
三、產品特點 
1、節能降耗效果明顯—節約能耗75% 
XHM1係列電機控製模塊是電力係統的末端控製電機的二次集成。由於產品的集中集成控製,與傳統的二次集成箱櫃相比可以節約能耗75%以上。 
在傳統產品中,二次控製元器件中有許多元器件耗能。據估算信號指示燈,中間繼電器等的總能耗為55w左右,而我公司的XHM1模塊的能耗僅不到7w。 
2、節約材料人力—節約二次線40%/節省人力成本60%
在成套接線中摒棄了原有的相關二次成套元器件如繼電器,電鈴,按鈕,指示燈,轉換開關等,可節約二次線40%。 
本產品接線簡易,降低了成套廠的設計人員,接線人員,檢驗人員的工作難度及工作強度,人力成本至少節省60%。 
3、安全性好 
1)電子低壓原理:集成模塊原理上可看成是由普通繼電器、定時器、計數器等組合而成的電氣控製係統,但內部的繼電器實際上是指存儲器中的存儲單元,稱為軟繼電器。 
2)故障率極低:由於集成模塊基本采用電子電路構成,沒有信號燈、控製轉換開關、普通繼電器、定時器、計數器等電氣控製元器件,大大減少了接點故障問題。在同類控製方式下,接點接線至少減少50%。 
4、可靠性高 
1)電子PCB板工藝穩定:首先采用SMT自動貼片技術,減少人為貼片故障率;其次集成模塊的電子線路板采用三防處理工藝手段和方法,可以防潮防鹽霧防黴。 
2)產品結構穩定:集成模塊兩者采用數據線連接方式,接口密封;同時材料為防火耐高溫材料分子。 
5、電磁兼容性能優 
在控製模塊中主芯片控製采用FPGA的設計原理,可以直接實現對輸入信號的濾波處理。在建築控製係統中,不可避免地會遇到幹擾信號,各種的毛刺會導致電機的誤觸發,而FPGA由於是多線程同時工作的,並根據信號的特點,采取不同的濾波方式,提高了係統的可靠性。 
6、使用方便 
XHM1係列電機控製模塊根據實際控製的需求和對D303-2~3《常用電機控製電路圖》的整理,並將XHM1係列電機智能集成係統分為10種控製類型,便於設計人員對應相應的風機或水泵應用圖進行設計,並采用線號對應式接線方式,避免了原二次圖的並線,跨線,短接等複雜的接線方式,具有極強的應用性。 
在現階段成套的接線時,有中間繼電器,時間繼電器,線端子,控製按鈕及指示燈等等,它完全替代了以往成套接線方式,與接線圖對應,與相應的端子號相連接,極大地降低了二次控製接線的工藝難度。 
7、體積小,安裝方便,美觀 
XHM1係列電機控製模塊全部采用集中集成控製元件,在成套接線中摒棄了原有接線中的相關二次成套元器件,如繼電器,電鈴等;那麽在箱內隻有CPS和控製模塊,箱門上也沒有那麽多顯示燈及控製按鈕,隻剩下操作顯示器。從總體上無論體積,安裝方式及美觀程度上比老式產品提升很多。 
8.維護簡單 
產品采用模塊化結構,輕便和便於維護更換。 本產品的接線端子采用與元器件一一對應方式,非常方便工程維護人員的定期維護和故障查詢。 
四、產品基本功能 
1、人機界麵 
顯示功能采用兩種顯示方式:LCD液晶顯示采用中文字幕顯示當前的運行狀態,並實時顯示各類的信號、運行、故障等。同時LED發光二極管無需操作,自動提示控製器的工作情況,可以初步判定當前是否工作,工作是否正常。極大的保證產品的可操作性,簡單方便。 
2、控製方案設定及操作功能: 
產品的顯示器上有明確的按鍵指示,包括方向鍵、確定鍵及複位鍵(←↑→↓■○)。通過按鍵的操作,可以在液晶顯示麵板上設定進行手動操作電機的起停控製,通過進入設置狀態可以進行參數設定,如延時起動,自動輪換、輪換時間等。以圖集為基礎,保證各種控製方案的可執行性及簡易性。 
3、信號觸點輸入,輸出 
新式的端子接線方式:在控製與保護模塊上直接標明輸入的信號端子號,例如CPS1 A1.A2 CPS1 05.08等。無需對線號進行編製或對照原理圖出接線圖,簡單快捷,不會出現人為的接線故障。如果在使用過程中出現故障後,可根據操作顯示器的故障原因對照相應的接線端子排查故障即可。 
1)在控製與保護模塊上直接標明輸入的信號端子號,例如CPS1 A1.A2 ;CPS1 05.08等。 
2)自帶自動信號輸入端口,例如液位信號SL1,SL2,SL3;樓宇信號K1,K2;消防信號F1,F2,F3等 
4、通信功能 
根據設計的需求,預留通信接口,可並入其它自動化控製係統或中心。 
5、安裝方式 
CPS控製保護開關裝在箱體內部,為主電路元器件; XHM1電機集成模塊分為兩部分:操作顯示器及控製與保護模塊構成 ,控製與保護模塊安裝在箱內,操作顯示器安裝在箱門上便於操作,兩者用數據電纜線鏈接。 
五、FPGA控製技術 
FPGA是Filed Programmable Gate Array 的縮寫,即現場可編程邏輯陣列。FPGA是在CPLD的基礎上發展起來的新型高性能可編程邏輯器件,它一般采用SRAM工藝,也有一些專用器件采用Flash工藝或反熔絲(Anti-Fuse)工藝等。FPGA的集成度很高,其器件密度從數萬係統門到數千萬係統門不等,可以完成極其複雜的時序與組合邏輯電路,適用於高速、高密度的高端數字邏輯電路設計領域。FPGA的基本組成部分有可編程輸入/輸出單元、基本可編程邏輯單元、嵌入式塊RAM、豐富的布線資源、底層嵌入功能單元、內嵌專用硬核等。 
采用FPGA數字運算操作的電子係統,專為在工業環境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器,用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序控製、定時、計數和算術運算等操作的指令,並通過數字式、模擬式的輸入和輸出,控製各種類型的電機運行狀態。XHM1係列電機控製模塊及控製保護開關都易於使工業建築控製係統形成一個整體,易於擴充其功能的原則設計。 
FPGA的芯片優勢主要體現在: 
1、先進工藝性 
采用90nmCMOS芯片加工工藝,目前比較成熟的CMOS的加工工藝為0.35μm、0.25μm、0.18μm、0.13μm等。而采用90nmCMOS芯片加工工藝意味著如下方麵進步: 
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體管,可以更好的完成複雜係統的設計,強有力地支持了FPGA的係統級應用。 
2)工作頻率提高。 某些高端FPGA的最高工作頻率可達500MHZ。高的工作頻率,配合高速I/O,使FPGA除了能適應傳統的數字係統設計需求,也能適用於高速數字係統設計,為FPGA在高速領域取代ASIC提供了技術上的支持。 
2、處理器內核 
電路設計主要有偏硬和偏軟兩種應用,偏硬的應用即數字硬件電路,其特點是要求信號實時或高速處理,處理調度相對簡單;FPGA已經逐步取代傳統數字硬件電路,成為偏硬部分的主要設計手段;偏軟的應用即數字運算電路,其特點是電路處理速度要求相對較低,允許一定的延遲,但是處理調度相對複雜,其主要設計手段是CPU或者DSP。FPGA內部嵌入CPU或DSP等處理器,使FPGA在一定程度上具備了實現軟硬件聯合係統的能力,FPGA正逐步成為SOC(System on chip)的高效設計平台。 
3、硬件與結構化ASIC
高端FPGA的另一個重要特點是集成了功能豐富的Hard IP Core(硬知識產權核)。通過Hard IP Core,FPGA正在逐步進入一些隻有ASIC能完成的設計領域。 
結構化ASIC的形式多種多樣。例如某個成熟的FPGA設計,將其沒有使用的時鍾資源、布線資源等資源簡化或者省略,使FPGA成為滿足設計需求的最小配置,從而降低芯片麵積,簡化設計,節約成本。總之,市場趨勢是FPGA設計與ASIC設計技術進一步融合在一起。 
4、發展趨勢 
目前市場的競爭非常激烈,隨著低成本器件的不斷推陳出新,FPGA將滲透到數字電路的各個領域。FPGA的廣泛應用後,電路設計將逐步走向歸一化,一般電路係統將由單片機、CPU、DSP、FPGA/CPLD等主要器件構成。 
六、技術指標 
1、一般技術指標

環境溫度

使用時:0-55℃,儲存時:-20 - +70℃

環境濕度

35%~89%RH(不結露)使用時

抗 振

JIS C0911 標準 10~55Hz 0.5mm(最大 2G)3 軸方向各 2h(但用 DIN 導軌安裝時 0.5G)

抗 衝 擊

JIS C0912 標準 10G3 軸方向各3次

抗噪聲幹擾

用噪聲仿真器產生電壓為1000V噪聲脈衝寬度為1ms,周期為 30~100 Hz 的噪聲,在此噪聲幹擾下工作正常

耐 壓

AC1500V 1min

絕緣電阻

5MΩ以上(DC500V 兆歐表)

接 地

第三種接地,不能接地時,亦可浮空

使用環境

無腐蝕性氣體,無塵埃

2、電源技術指標


電源電壓

AC100~260V

允許瞬間斷電時間

對於 10ms 以下的瞬間斷電,控製動作不受影響

電源熔絲

250V 2A

電力消耗/(VA)

7VA

模塊電源

DC7V、DC7V、DC12V

有擴展部件

DC5V 基本單元 290mA 擴展單元 100mA

3、輸入輸出技術指標


輸入電流

32mA

輸入響應時間

60ms以內

輸出響應時間

60ms以內

電路隔離

機械隔離、光電耦合器隔離

輸出控製

繼電器觸點輸出

七、設計選型 
1、產品型號 
 

2、控製方式說明


名稱

控製方式說明

1

XHM1-10

單台風機或水泵控製器(單路基本控製,可一拖四控製)

2

XHM1-11

單台風機或水泵控製器(單路控製)

3

XHM1-12

單台星三角起動控製器、單台自藕降壓起動控製器

4

XHM1-13

單台軟起動控製器

5

XHM1-21

兩台水泵相互備用直接起動控製器

6

XHM1-22

兩台水泵星三角起停控製器、自藕降壓起動控製器

7

XHM1-23

兩台水泵軟起起停控製器

8

XHM1-24

可逆、雙速電機控製器

9

XHM1-31

三台水泵直接起停控製器

10

XHM1-33

三台水泵軟起起停控製器

具體見附件——模塊設計對應表。 
八、XHM1模塊與XLCPS配合在建築領域中的應用 
XHM1控製模塊主要是針對民用建築領域與XLCPS的配合使用,主要用於交流50Hz(60Hz)、額定電壓380V、電流自0.16A至100A的電力係統中,根據各類要求,對XLCPS進行控製。 
控製的建築物內設備包括各類風機、水泵、空調、消防、照明等。 
風機類:單台普通風機、單台排風兼排煙風機、排煙風機、正壓送風機、新風機組、排風兼排煙雙速電機等。 
水泵類:單台水泵、排水泵、計算機控製水泵、穩壓泵、消防穩壓泵、消火栓泵、噴淋泵、熱水循環泵、供(補)水泵、給水泵等。 
其他類:照明、電機可逆、普通防火卷簾門、雙速電機等。 
1、運行方式: 
1)啟動方式有:全壓啟動運行方式、軟啟動運行方式、星三角運行方式、自藕減壓運行方式。 
2)運行方式有:單台運行、多台運行(一用一備、自動輪換、兩用一備)。 
2、控製方式 
就地控製、兩地控製、樓宇控製、消防聯動控製、液位控製、消火栓箱控製等。 
3、設計應用舉例 
下圖為傳統的常用的雙速風機控製電路圖,它具有手動兩地和消防聯動的功能,符合D303-2~3《常用電機控製電路圖》SF-2,等同於新菱二次圖集的CPSC-243

應用XHM1電機控製模塊設計,電路可簡化如下圖。 
設計型號為:XHM1-24-CPSC-243。 

9、傳統產品與XHM1電機控製模塊各類技術指標和性能比較表 
以常用的SF-2雙速風機電路圖(手動兩地+消防聯動)XHM1-24-CPSC-243為例:


技術性能指標

傳統產品

XHM1模塊

說明

1

電源電壓

AC187~231V

AC100~260V


2

總體耗能

50W

≤7W

能耗降低86%

3

接線接點

180點

50點

接點少隻有28%,故障率非常低

4

二次線

100m

40m

節約二次線60%

5

絕緣電阻

1MΩ以上

5MΩ以上


6

電磁幹擾

一般

有屏蔽處理,不易受幹擾


7

體 積

分布安裝,占用麵積較大

集中安裝,占用體積較小


8

重 量

3kg



9

安裝調試成本

150元

80元

節約成本

10

抗 振

一般

符合JIS C0911標準


11

抗衝擊

一般

符合JIS C0912標準


12

使用環境適應性

一般

無腐蝕性氣體

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