WQJ-271低压电机保护装置概要设计说明书

WQJ-271

低压电机保护装置

概要设计说明书

文件编号

保密级别

总页数

编制

目录

1引言..........................................................................1

1.1目的.....................................................................1

1.2适用范围.................................................................1

1.3定义.....................................................................1

1.4参考资料.................................................................1

2总体设计......................................................................2

2.1设计目标................................................................2

2.2运行环境................................................................2

2.3网络结构................................................错误!未定义书签。

2.4总体设计思路和处理流程...................................................3

2.4.1主程序流程.........................................................3

2.4.2采样中断流程.......................................................4

2.4.3保护任务流程.......................................................5

2.4.4开入量判断流程.....................................................6

2.4.5键盘扫描流程.......................................................7

2.4.6事件统计流程图.....................................................8

2.4.7开关量输出.........................................................8

2.4.8模拟量输出.........................................................9

2.4.9通讯接口...........................................................9

2.5模块结构设计............................................................10

2.6功能需求与程序模块的关系（可选）.......................................11

2.7尚未解决的问题..........................................................11

3接口设计.....................................................................12

3.1用户接口...............................................错误!未定义书签。

3.2外部接口................................................................12

3.3内部接口................................................................12

4界面总体设计.................................................................13

4.1按键“A”的显示菜单.....................................................13

4.2按键“+”的显示菜单.....................................................14

4.3按键“一”的显示菜单.....................................................15

4.4组合键A”的设置菜单............................................16

4.5保护事件的显示代码.....................................................18

5系统出错处理设计［可选］......................................................21

5.1出错信息................................................................21

5.2补救措施...............................................................21

6系统安全设计.................................................................22

WQJ-271低压电机保护装置概要设计说明书

1引言

1.1目的

本文档是根据WQJ-271VI.00低压电机保护装置需求规格说明书而编制的，旨在确定WQJ-271VI.00

低压电机保护装置的大概设计说明。通过本概要设计说明书，可以J'解到WQJ-271Vl.0（）低压电机保护装

置的总体设计、设计要求、接口设计和系统设计等。

1.2适用范围

项目名称：WQJ-27I低压电机保护装置

该产品应用于低压电动机的保护，具备了基本的保护功能，是低压电动机保护低端产品的首选。

1.3定义

以下列出本报告中专门术语的定义、英文缩写词的原词组和意义、项目组内达成一致意见的专用词汇，

同时继承全部的先前过程中定义过的词汇。

词汇名称词汇含义备注

起动时间过长保护电机起动时间超过设定值后，保护动作

起动过流（堵转）保护电机启动过程中，出现的最大电流超过设定值，保护动作

短路（堵转）保护电机出现了大于设定电流值时，保护动作

过载保护电机运行过程中，负载大于200%时，保护按反时限曲线动作

防爆电机IE热过载保护电机的热容量得到100与时，保护动作

欠载保护电机负载小于设定值时，保护动作

电流不平衡保护电机的三相电流不平衡度大于设定值时，保护动作

DCS联锁当开入量设定为DCS联锁，并开入有效时，保护动作

1.4参考资料

编号资料名称说明

WQJ-270系列低压电机保护测控装置

2WQ.J-210系列单相网络电力仪表

2总体设计

2.1设计目标

WQJ-271低压电机保护装置，是低压电机保护测控装置系列的低端产品。WQJ-271的设计采用WQJ-210

平台的模具壳体，配合外置电流互感器，实现最基本的电流保护功能，采用段码液晶显示，另加入两个指

示灯。WQJ-271只带2路跳闸出口，以及1路告警出口，不带电机启动控制出口。

2.2运行环境

运行平台：

♦CPU：STM32F1O3V8T6

♦FLASH：512KB

♦SRAM：64KB

♦操作系统：uc/os11

2.3总体设计思路和处理流程

2.3.1主程序流程

图2-1主机主程序流程

2.3.2采样中断流程

图2-2采样中断流程

2.3.3保护任务流程

图2-3保护任务流程

2.3.4开入量判断流程

图2-4开入量判断流程

2.3.5键盘扫描流程

图2-5键盘扫描流程

2.3.6事件记录流程图

进入相应的事件

记录子函数

▼

图2-6事件记录流程

2.3.7开关■输出

1路继电器输出。具有“电平”和“脉冲”两种输出方式可供选择，可通过软件配置为：告警和故障

电平、告警和故障脉冲、遥控电平、遥控脉冲。

①告警和故障电平：

该功能需配合越限告警功能来使用。当越限不等式成立，并使能了继电器出口，且对应的继电器

工作模式配置为“告警电平”时，继电器会闭合。当越限不等式不成立时，告警电平会自动复归。

②告警和故障脉冲：

告警脉冲与告警电平类似，只是输出的告警信号是以脉冲形式输出的。当越限不等式成立时，仪

表根据设定的脉冲宽度，输出一个告瞥脉冲。当越限不等式复归时，无动作。当越限不等式再次由不

成立变为成立时，仪表会再次输出一个告警脉冲。当越限不等式不成立时，该告警信号也会相应停止。

脉冲宽度可以设置1~250以内的整数，单位为10ms。

③遥控电平：

可以通过通讯方式，遥控分合继电器。

④遥控脉冲：

可以通过通讯方式，遥控继电器输出一个脉冲信号，脉冲宽度可设置

2.3.8模拟量输出

可以通过扩展板扩展1路模拟量输出，输出形式为4-20mA甩流或0-5V电压输出。模拟量的变送对象可

以在三相保护电流和热容量等级中选取。可以将模拟量输出的变送对象设置为“0”,关闭模拟量输出功能。

在4〜20mA电流输出方式一:，各个变量的输出公式表达如下（I。单位：mA）：

匕=保护电流值X£x（20-4）+4

保护电流，输出电流加K卡荻

匕=熟容量等级*晨x（20—4）+4

热容量等级，输出电流网大冰姒

在0〜5V电压输出方式下，各个变量的输出公式表达如下（Uo单位：V）：

八保护电流值、忌T5

保护电流，输出电压

热容量等级，输出电流口二热容量等级

增加放大倍数这一参数，是为了方便用户合理调节输出量程。

2.3.9通讯接口

初始化时，WQJ-271处于接收状态，接受的数据存放在应收缓冲区。每接收一个字节，清空接收延时

计数器。接收完数据后，接收延时计数器开始计数，当接收延时计数器溢出时，WQJ-271关闭接收功能，

触发通讯任务，处理报文，若接收的是正确的报文，则作出相应的响应。等发送报文结束，WQJ-271清空

接收缓冲区，重新打开接收功能。

N

上送错

误代码

图2-7通讯流程

2.4模块结构设计

用一览表及框图的形式说明本系统的系统元素（各层模块、子程序、公用程序等）的划分，扼要说明

每个系统元素的标识符和功能，分层次地给出各元素之间的控制与被控制关系。

单元名称标识符功能输入输出

测量单元Measure,c负责测量功能硬件电信号侧量保护电流

保护参数和测保护动作信号，

保护单元ConunonProtect.c负责保护功能

量值告警提醒

记录单元REPORT,c负责事件记录事件发生事件记录

开入开出信识别开入信号，

负责开入开出功

开入开出单元lOProcess.c号，保护测量执行开出功能，

能，模拟量功能

值模拟量输出

数据输出或执行

通讯单元Modbus,c负责通讯读写命令

写命令

Uc/os操作系

ros_w开头底层操作系统任务触发执行任务

统

2.5功能需求与程序模块的关系（可选）

详见《需求跟踪矩阵》。

2.6尚未解决的问题

CAN通讯功能，作为可选功能，暂时未做，待后面优化提高时再考虑。

3接口设计

3.1外部接口

3.1.1开关量输入

开关量输入通过一大电阻分压，并采用光耦隔离，接到CPU的GPIO。CPU通过判定对应的GP【O的状

态，判定开关量的开闭状态。

3.1.2继电器输出

CPU通过GPIO连接•三极管，三极管的通断，直接控制着继电器的通道，从而实现CPJ控制继电器输

出。

3.1.3通讯接口

WQJ-271支持RS485通讯接口。TMS320F2808内部带有多个UART,通过SN65LBC184接口芯片，转换为

RS485电平，并通过-GPIO实现收发切换，实现半双工通讯。采用MODBUS通讯规约，能实现遥测、遥信、

遥控、遥设功能。通讯规约细节详见《WQJ-242通讯规约文本VI.00》。

3.1.4模拟量输出

WQJ-271可以通过扩展板扩展2路模拟量输出，输出形式为4-20mA电流输出，或0-5V电压输出。

AO的变送对象可以在电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率等电力变量中选取。

3.2内部接口

3.2.1UC/OS操作系统

Uc/os操作系统，是连接硬件和软件的重要接II,它保证了应用程序在硬件平台上的可靠运行。

3.2.2IIC通讯

CPU通过一FRAM作为非易失存储器，保存系统参数，通道系数等。FRAM选择FM3116,与CPU通过IIC

接口连接。接口电平为3.3V0CPU为主机，FM3U6为从机。

模拟量输出模块使用的DAC,也采用IIC接口与CPU连接。由于模拟量输出模块的隔离要求，此IIC

接口的SDA和SCL信号线需通过光耦隔离。

4界面总体设计

开机后，显示所有要素2秒钟，检查液晶是否完好。见下图:

图4-4-1全显界面

AHz

IQ0-0□•口J

!O.Q：Q.Q：Q.Q

„DI上工幺2.24DO-乙£0®

图4-4-2WQJ-271实际用到的面板元素

4.1按键“A”的显示菜单

按键“A”的显示菜单，分别显示A相保护电流，B相保护电流，C相保护电流，频率。见下图:

图4-1-1A相保护电流，图中显示为额定值的50.7%

图4-1-2B相保护电流，图中显示为额定值的150.1%

A

rtnnn

Liuu.u

123412I

D【«o,o»«o,o»DO«o・8£

图4-L3c相保护电流，图中显示为额定值的100%

Hz

Cnnn

ju.uu

123412H]

DI."alDO0—B臼

图4-1-4频率

4.2按键“+”的显示菜单

按键“+的显示菜单，A相电流角度，B相电流角度，C相电流角度。见下图:

图4-2-1A相电流角度

图4-2-2B相电流角度

r

L

图4-2-3C相电流角度

4.3按键“一”的显示菜单

按键“-”的显示菜单，分别年月日和时分秒。见下图：

inncJ

IU.UJ.L

123412

DIg/o*DO9.Q>«©/O»0立

图4-3-1年月日显不（图中显不为2010年5月21口）

图4-3-2时分秒显示（图中显示为20点12分00秒）

4d幺日

；Q键“<>”

3—+”A”的设置

置解，分菜单

别是密响—

波特—

定界面.

见下图:

图4-4-

1密码询问界面

nn

uu1

图4-4-2通讯

地址设定界面

图4-4-3波

特率设定界面

——^―^———

—————^—―—

——————

set■

图4

4-4CT设定界面

图4-4-5模拟量输出对象选择界面

图4-4-6模拟量输出范围选择界面

set

图4-4-7年设置界面

set

nIJto

cui.i2©

图4-4-8月、日设置界面

图4-4

-9时、分设置界面

图4410通

讯方式选择界面

图4-4

-11密码设定界面

4.5保护

事件的显示代码

—

示代码厂也到见

,在显示的同时下图.

‘液"也会

闪如起小

42

图4.5」起

动超时提示界面

123412

D19。八-4DO38•/同

图4-5-2起动过流提示界面

同

图4-5-3短路保护提示界面

DO9.8曲

图4-5-4过载保护提示界面

nUCcOncL

123412H

DIDQ9-8^^6臼

图4・5・5过热保护提示界面

D『8

图4-5-6电流不平衡提示界面

图4-5-7欠载保护提示界面

DO卤

图4-5-8DCS联锁保护提示界面

Did

图4-5-9跳闸提示界面

5系统出错处理设计［可选］

5.1出错信息

用一览表的方式说明出错的类型，以及每种可能的出错或故障情况出现时，系统输出信息的形式、含

意及处理方法。例如:

错误分类子项及其编码错误名称错误代码备注

通道系数自检无通道系数自检1

错误错误

保护定值错误无保护定值错误1

A/D错误无A/D错误1

铁电错误无铁电错误1

内部电源错误无内部电源错误1

5.2补救措施

1、在开发初期，硬件完好的情况下，出现问题，一般是程序问题，需要跟踪调试程序。

2、在开发结束，测试稳定后，出现错误报告一般是由于硬件问题，需要对硬件进行检修。

6系统安全设计

6.1数据传输安全性设计

通讯数据传输采用MODBUS规约，每一通讯帧，均带有CRCI6校验码，保证数据传输安全。

6.2应用系统安全性设计

仪表能设定密码，只有密码正确的操作员才被允许进入参数设置界面，进行参数设置.

6.2数据存储安全性设计

仪表将所有掉电不易失的数据，均存储在铁电存储器中。为提高数据存储的安全性，每一个数据区均

带有一个CRC校验码。每次存储完成后，均需立刻重新读取刚存储的数据区及校验码，验证存储是否成功。

若存储不成功，将重复进行以上操作，直至存储成功。

WQJ-271

焊接装配指导书

文件编号

保密级别

总页数

编制

评审记录

对（WQJ-27/低压电机保护装置焊接装配指导书71.00》的评审意见:

上述问题修改验证后，由验证后，本文件即可发布。

评审人员签字：

问题修改验证结果：

验证人签字：____________时间：一_____年__月__日

变更日志

编号版本修改内容修改人修改日期

1VI.00发布WQJ100524

目录

1引言..........................................................................1

2板件焊接......................................................................1

2.1电源互感器板..............................................................1

2.1.1电源互感器板元件位置图

1

2.1.2IFQJ-271VI.00电源互感器板BOM

2

2.1.3注意事项

3

2.2主板......................................................................5

2.2.1主板元件位置图

5

2.2.2WQJ-271VI.00主板BOM

6

2.2.3注，童事项

7

2.3通讯输入输出板...........................................................9

2.3.1通讯输入输出板元件位置图

2.3.2WQJ-271VI.00通讯输入输出板BOM

10

2.3.3注意事项

12

3整机组装.....................................................................15

3.1面板安装.................................................................15

3.2插件安装.................................................................15

3.3整机组装.................................................................19

3.4整机检查.................................................................20

3.5辅件130§1..........................................................................................................................20

WQJ-271低压电机保护装置焊接装配指导书

7引言

本文档详细说明WQJ-271Vl.00系列每个插件的焊接注意事项，以及整机装配时的注意事项。生产中

心相关人员必须遵照执行，在生产过程过，如果发现产品有不利于生产的地方，有责任即时以文档形式向

硬件部负责人反应。

WQJ-271VI.00系列产品主要包含有主板、通讯输入输出板、电源互感器板，单台装置每个板件各一

块。

WQJ-271低压电机保护装置概要设计说明书

8板件焊接

电源互感器板

电源互感器板元件位置图

图2-1电源互感器板正面元件位置图

WQJ-271低压电机保护装置焊接装配指导书

图2-2电源互感器板反面元件位置图

WQJ-271V1.00电源互感器板BOM

编号:P01001005

单用

项次物料编号品名规格位置备注

位.

101B0202011电源模块WQJ-210,两路输出电源模块BU1块1

20180101009赃片■电阻2必浏6//BR9f-BRl2牟2

301B0101015赃片电阻10K/0805/1%BR4.5个2

4018010200316W103K/0805303牟4——

501B0108005双排弯针排母2*8间距2.0高7.2mmBJ2条1

601B0108014麻2.LU子7DT-25-B14W-8PBJ1条1

-701B01010092(2%版中BR4牟4

801801010332244(/0805/4^BR5牟4

,50W102K/0805BC9牟4

40O1BO105031百LM321MF片4

1101B0102053赃片电容16V/101K/0805BC9个1

1201B0105044电压比较器LM311DR2GBU1片1

耳GW0m04910R/0.1%/TCR25/O8O5BR^3—3——

1401B0103029贴片瞬态电压抑制二极管VC080503C100/TVS0805BTVS1~33

453BQ1O2QO446V/_U)4K/Q805BC8r-^3牟?

1501B0102064账片电容50V/104K/0805BC8.10.12,13个4

1601B0101008赃片电阻1K/0805/1%BR6个1

47O1BO10202546V/W6K/BBG7牟4

17O1BO1O2O25锂电容16V/W6K/BBC7、BC11个2

2

WQJ-271低压电机保护装置焊接装配指导书

外接，不焊接

48牟4

—

1801B0203172电路板WQJ-271V1.09POWERVO.20块1

VerO.20

注意事项

(1)焊接工艺要求(包括SMT、波峰焊、浸焊等)

①批量生产必须全部表贴SMT元件，要求一次焊接成功；样机可以手工焊接SMT元件，手工

焊接后必须用酒精完全清洗板件。

②批量生产时端子、接插件和互感器可以手工焊接。

(2)焊接质量要求

①整板焊接之后肉眼检查，应保障焊盘没有虚焊、焊锡饱满；布线、焊盘和板面.1：没有焊锡渣;

板面和布线以及焊盘之间不能有短接；板件不能有洗板水和松香残留，不能有板面粘稠手感。

(3)接插件类元件

①端子座、接插件和电源模块与PCB完全贴紧，不能有缝隙。

图2-3电源互感器板样图

(4)检修说明

①板件维修过程中如果用到助焊剂，务必用酒精清洗彻底，严禁有阻焊剂残留和板件

有粘稠手感。

3

WQJ-271低压电机保护装置焊接装配指导书

4

WQJ-271低压电机保护装置焊接装配指导书

主板

主板元件位置图

Z(U

•ap

叵亘］■<13

•1sAR34AC36AC34S&

NTS-271CPUVC.20AC52田任睡H

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24室

5

WQJ-271低压电机保护装置焊接装配指导书

WQJ-271V1.00主板BOM

编号：CP1001005

单用

项次物料编号品名规格位置备注

位.

101B0105005集成电路STM32F103V8T6AU1片1

201B0105011铁电存储器FM33256-GTRAU2片1

301B0201002液晶模块WQJ-210系列AU4片1

401B0201009液晶背光WQJ-210系列AU6片1

501B0105016集成电路TPS76330DBVRAU5片1

601B0105075基准源REF3033AIDBZR/S0T-23AU7片1

701B0105030运放TLC2274AIDAU8片1

801B0102027超级电容SCDCS5R5474-VFAC1只1

901B0104001贴片晶振8MAT1片1

1001B0104002贴片晶体CS-32732.768KHZAT2片1

1101B0105015电源芯片AMS1117M-3.3AU3片1

1201B0199012跳线AS1个1

1301B0199004跳线帽SPI-2AS1个1

1401B0108081贴片双排针2*4间距2.0mm高3.7mmAJ1条1

1501B0108082贴片双排针2*8间距2.0mm高3.7mmAJ2~3条2

1601B0103001贴片二极管LL4148AD3只1

470胸03007ADI吴4

1801B0101001磁珠0R/1206AL1个1

1901B0101054排阻4.7K/5%/0603*4ARP3~4个2

2001B0101150排阻470K/5%/0603*4ARP5~6个2

2101B0101002贴片电阻0R/0805/5%AR1个1

2201B0101033贴片电阻22#/0805A舄AR2,AR33,AR36牟3

233804^008AR47-6r^-9^r44中5

2301B0101008贴片电阻1K/0805/1%AR4,6,7,9,11,33,34个7

2401B0101012贴片电阻4.7K/0805/1%AR8,19,20,21,24~27个8

2501B01