基于CAN 總線(xiàn)的電動(dòng)機保護裝置的設計

摘要： 對三相異步電動(dòng)機保護系統的硬件及軟件實(shí)現進(jìn)行了研究， 以Freescale DSP 56F807 微處理器為控制核心，配以CAN 總線(xiàn)、液晶顯示以及采樣等其他功能模塊。而現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)把專(zhuān)用微處理器置于測量控制設備中， 把單個(gè)分散的測量控制設備變成網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)， 將其連接成可以相互溝通信息、共同完成控制任務(wù)的網(wǎng)絡(luò )系統。在算法上由于DSP 有強大的數據處理能力，對瞬時(shí)電壓、電流和負序電流的幅值進(jìn)行精確的計算而不需考慮時(shí)間的問(wèn)題， 用軟件計算的方法替代硬件邏輯， 減少硬件資源的浪費。

　　電動(dòng)機是各行各業(yè)應用最為廣泛的動(dòng)力設備， 但由于在使用過(guò)程中保護力度不夠， 經(jīng)常出現以下問(wèn)題： 裝置功效低下， 保護裝置經(jīng)常出現拒動(dòng)從而使電動(dòng)機燒毀， 由于誤動(dòng)而跳閘。近年來(lái)， 隨著(zhù)計算機技術(shù)、自動(dòng)控制理論以及信號處理理論的不斷發(fā)展， 出現了以微處理器為核心、將繼電保護與計算機技術(shù)相結合形成的微機繼電保護裝置。

　　1 系統硬件設計

　　系統采用雙CPU 結構， 設計并實(shí)現了一套由數字信號處理器56F807 加單片機W78E516 構成的微機保護測控裝置。FREESCALE 數字信號處理器56F807 （ 此后簡(jiǎn)稱(chēng)為56F807 ） 作為主芯片完成信號采集、信號處理、保護和通訊等功能。該芯片具有A/D 轉換、開(kāi)入和開(kāi)出回路以及串行通訊口等功能， 信號輸入電壓為0 V~3 V， 轉換速度最快為每次同時(shí)掃描需要5.3 μs, 采集的路數、位數和速率完全滿(mǎn)*流采樣的要求。單片機W78E516 完成人機接口的所有功能。兩個(gè)模塊之間采用基于MODBUS 協(xié)議的RS -485 總線(xiàn)進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊。這種雙CPU 結構具有并行工作、分工合作的優(yōu)點(diǎn)， 既保證了繼電保護的速動(dòng)性、選擇性、靈敏性和可靠性， 又實(shí)現了實(shí)時(shí)測量的高精度。通過(guò)CAN 總線(xiàn)實(shí)現遠程的實(shí)時(shí)監控與調試。因此， 用戶(hù)可以根據現場(chǎng)網(wǎng)絡(luò )靈活選用通訊接口方式。這樣真正實(shí)現了電動(dòng)機的智能保護、集中監控和管理。該系統硬件框圖見(jiàn)圖1。按其功能分為兩大模塊： 由數據采集模塊、開(kāi)入開(kāi)出模塊、EEPROM 模塊和DSP 56F807 組成的保護模塊； 由CAN 總線(xiàn)和通過(guò)RS-485 總線(xiàn)連接的顯示電路組成的監控模塊。

圖1 系統硬件框圖

　　1.1 保護模塊功能

　　保護模塊的主要功能是完成數據的采集、處理、計算、保護邏輯判斷和出口邏輯判斷及動(dòng)作。硬件電路圖如圖2 所示。

圖2 系統硬件連接圖