CAN总线在电动机保护中的应用研究

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电动机在我国国民经济中具有举足轻重的地位,但是我国的电动机保护在理论研究和设备制造相对外国而言还是比较落后,表现在保护装置功效低,可靠性差,经常出现误动作,电动机损坏情况严重,造成的直接和间接的经济损失巨大。 随着计算机技术特别是微处理器技术的高速发展,自动控制和信号处理理论深入研究,使得电动机保护进入了一个崭新的世界。电动机保护实现了以微处理器为核心的微机继电保护装置,它具有强大的逻辑分析与处理功能,可实现功能完备且复杂的保护方案,能够实时记录、保存、分析故障,并最终实现网络化管理。 在大量研究国内外电动机智能保护方法和现场总线的基础上,决定将控制局域网络引入到电动机的保护中来,借助周立功公司的仿真器对设计的CAN网络通讯进行仿真,有助于本文的研究设计。实践证明,这种智能电动机保护装置取得了良好的试验结果。 本文主要研究了CAN总线技术在电动机保护中的应用。本文首先分析了电动机各种故障和不正常工作状态以及形成原因,描述了电动机故障分析中的对称分量法,在分析傅立叶保护算法的基础上给出了电动机保护的数学模型,提出了可靠、有效的电动机保护的具体方案。 其次,本文对CAN总线协议作了较详细的介绍,包括CAN总线的分层结构,报文传送和帧结构,数据帧的定义和内容以及CAN器件功能,如SJAl000、TJAl050等,为CAN网络的硬件和软件设计打下良好基础。 在此基础上,设计了基于微处理器P87C52x2的智能保护装置。微处理器P87C52x2作为保护系统的核心,负责对数据信号的采集、处理、保护和通讯工作。首先是确定系统的的设计总体方案和技术原则,并提出了保护装置的总体结构,包括保护单元、通讯单元、人机接口单元和主监控单元。保护单元采用成熟、典型的电路,能可靠地与微处理器兼容,使硬件设计标准化、模块化。主监控单元的通讯部分设计采用RS232-CAN适配器方案,简单、可靠、低廉。 通讯单元的软硬件设计是本文的重点,微处理器与CAN控制器和收发器组成智能节点,并将多个节点组成网络,实现节点与节点之间、节点与上位机之间的CAN通讯。软件设计中,重点介绍了键盘功能设计、显示设计和串口通讯设计,完成这三部分的设计就可以具体体现智能节点能实现的保护和控制功能。 软件设计方面,根据实际情况和CAN通信协议的要求,本文开发了适合自己实际的应用层协议,快速直接地实现CAN通讯,而不是购买一个昂贵且复杂的高层协议。本文还给出了部分C语言源程序和程序流程图,并通过了调试。仿真试验结果表明,本系统各部分的设计是正确、合理、有效和可行的。最后,本文从理论上研究现场保护装置可能受到的各种电磁干扰,提出了改善智能保护装置的抗干扰能力的方法,提高了系统的可靠性。
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