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基于CAN總線(xiàn)的異步電動(dòng)機保護
作者：
時(shí)間：2013-03-14
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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1異步電動(dòng)機保護及監測的現狀
異步電動(dòng)機結構簡(jiǎn)單、成本低廉、它的機械特性能滿(mǎn)足大多數生產(chǎn)機械的要求，因此在軋鋼、礦山機械、機床、水泵等工礦行業(yè)中廣泛使用，且重要程度日益加強。隨著(zhù)保護裝置由機電式向微機型的過(guò)渡，保護裝置本身的自動(dòng)化性能也越來(lái)越高，但也存在一些不足。在異步電動(dòng)機用量最大的工礦企業(yè)中，電動(dòng)機的分布是按照工序的要求而散布在整個(gè)廠(chǎng)區內，且保護裝置也是單臺獨立運行，這使得電動(dòng)機保護裝置的整定和運行管理必須由操作人員就地進(jìn)行，在電動(dòng)機的總數不多的情況下尚可解決，如果數量較大則需耗用大量的人力和物力。而且各類(lèi)電動(dòng)機內部繞組故障，如匝間短路，單相(兩相)接地等，一般是由于環(huán)境較差、長(cháng)期運行不當等原因引起的，起初這類(lèi)故障的表現往往是局部的，小電流的，不易監測和發(fā)現。即使由人工將各臺電動(dòng)機的運行數據全部采集整理，而隨后從大規模的數據處理中得到及時(shí)、準確和全面的分析結果也是相當困難的。
2保護及在線(xiàn)監測系統構成
隨著(zhù)電子技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )通信的不斷發(fā)展，使得自動(dòng)化裝置之間進(jìn)行數據交換也日益普遍和重要。目前大多數的自動(dòng)化裝置間采用RS_232、RS_422、RS_485等通信方式，這些方式的低數據傳輸率和點(diǎn)對點(diǎn)的數據傳輸標準，以及在最低層上的星型拓撲都不適應工業(yè)現場(chǎng)控制的復雜或大規模應用。如果采用LAN組件及環(huán)型或總線(xiàn)拓撲，其系統造價(jià)偏高。
現場(chǎng)總線(xiàn)(Field Bus)的發(fā)展解決了能經(jīng)受工業(yè)現場(chǎng)環(huán)境和費用之間的矛盾，尤其是CAN總線(xiàn)的出現，其誤碼率＜10～11，最高速率可高達1Mbps，通信距離最遠可到10km，通信介質(zhì)僅為屏蔽雙絞線(xiàn)并且穩定可靠。它是一種非常適合工業(yè)現場(chǎng)惡劣環(huán)境的通信方式。本文闡述的圖1所示。 
(1)裝置單元構成
處于工作現場(chǎng)的電動(dòng)機保護除了電動(dòng)機實(shí)時(shí)保護外，還承擔著(zhù)CAN網(wǎng)絡(luò )通信的功能。因此現在保護裝置中采用集成了CAN控制器和接口的微處理芯片87C196CA，可省略專(zhuān)用的CAN控制器和接口器件并提高系統的可靠性。
87C196CA是INTEL MCS96系列的新成員，是帶有集成CAN20的16MHz 16位CHMOS微控制器。它在片內集成有32KEPROM，1K的寄存器，256bit附加RAM。它支持高速串行通信協(xié)議CAN2.0，具有8字節數據長(cháng)度的15個(gè)報文目標，其TXCAN和RXCAN兩個(gè)引腳可直接掛在總線(xiàn)上進(jìn)行通信。在應用程序的編寫(xiě)上，它和80C196KC無(wú)大的區別，多數程序都可移植，只需編寫(xiě)相應的CAN總線(xiàn)數據通信部分。以87C196CA為控制器的保護及監測裝置單元硬件構成如圖2所示。 
保護單元裝置的核心部分即為87C196CA，它的運算速度快，數據處理能力強，能勝任較復雜的數據運算。A/D變換器采用內帶采樣保持器的超高速12位A/D芯片MAXIM122。電流、電壓信號經(jīng)I/V、V/V中間變換器形成適合計算機處理的電壓信號，通過(guò)低通濾波器單元LP后接至多路開(kāi)關(guān)，在CPU控制下依次將各路信號接入，并A/D轉換，再對采入的數據進(jìn)行計算，將計算結果與設定值比較，決定作出相應的動(dòng)作。為了盡量減少占用87C196CA的處理時(shí)間，將監測用的數據采集到一定數量后，在保護程序的運行空閑時(shí)間內，以原始的采樣值通過(guò)CAN網(wǎng)絡(luò )總線(xiàn)傳輸到后臺機，以供計算和分析 。
(2)CAN網(wǎng)絡(luò )傳輸介質(zhì)
總線(xiàn)的傳輸介質(zhì)采用普通的屏蔽雙絞線(xiàn)即可，如需進(jìn)一步提高系統的抗干擾能力，還可以在控制器和傳輸介質(zhì)之間加接光電隔離，電源采用DC-DC變換器等措施。
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