CAN总线技术在同步发电机励磁系统中的应用

摘要

同步发电机励磁系统是向发电机转子绕组提供直流电流以建立磁场的设备，是保证同步发电机可靠运行的重要控制装置之一。时代的发展和技术的进步使用户对励磁系统提出了更高要求，要求励磁系统具有更优的控制调节性能，更多和更灵活的限制、报警、监控、保护等附加功能，友好的人机界面及灵活的对外接口方式。系统数字化、智能化是励磁装置的发展方向，客观要求励磁系统内部各组成部分能有机地联系在一起，灵活、简洁、有效的内部互联技术成为研究和应用的重点之一。 现场总线是应用在生产现场、在微型计算机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。 CAN(Controller Area Network局域控制网)总线技术作为现场总线中应用最为成熟的技术之一，在制造业、交通、楼宇等方面的自动化系统中具有广泛的应用背景。 基于国内外同步发电机励磁装置的发展现状及趋势，本文主要介绍了将CAN总线技术应用于励磁系统，将调节器、功率灭磁单元、人机界面及对外接口等组成部分进行内部互联的技术方案，目的是减少内部接线、提高工艺水平，提升励磁装置数字化、智能化水平，使其具有更强的市场竞争力和良好的性价比，满足用户需求，促进国产励磁装置总体技术水平的进步。 本文首先介绍了同步发电机励磁系统的作用，组成及内部互联技术状况；其次介绍了现场总线的原理、种类及CAN总线的特点和协议主要内容，通过不同种类总线特点对比，确定采用CAN总线用于励磁系统内部互联。根据励磁系统的实际需求，设计了应用CAN总线将励磁系统各部分互联的技术方案，并分别进行了调节器、智能控制单元与CAN相关的硬件选型及电路设计，给出了软件控制流程和具体的通信规约。最后对设计的装置进行了CAN总线通信试验，针对试验结果进行了分析。 论文分为五章：第一章为绪论，主要对同步发电机励磁系统的作用、组成及国内外励磁系统的发展趋势、励磁系统内部互联技术现状、本文的主要工作进行了介绍。第二章介绍了现场总线的基本原理特点及分类；详细介绍了CAN总线的原理特点及协议，在不同类型的总线中选中CAN总线作为互联总线。第三章确定应用CAN总线技术用于励磁系统内部互联的设计方案和基本原则，对调节器、智能控制单元部分CAN通信硬件进行了选型及电路设计。第四章详细给出了通信软件设计流程及具体的通信规约。第五章对设计的装置进行了通信测试，对试验结果进行了分析。最后对本文所做的工作进行了总结。 本项目研究成果已在电厂励磁系统中得到了成功应用，受到用户的认可，获得较好的经济效益和社会效益，值得进一步推广应用。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1同步发电机励磁系统作用及组成

1.1.1同步发电机励磁系统作用

1.1.2同步发电机励磁系统组成

1.2同步发电机励磁系统发展状况

1.3国内外励磁系统内部互联技术现状

1.3.1国内励磁系统互联设计方案

1.3.2国外励磁系统先进设计方案

1.4课题来源及本文的主要工作

第二章CAN总线原理及特点

2.1现场总线概述

2.1.1现场总线简介

2.1.2现场总线的种类及发展趋势

2.2 CAN总线

2.2.1 CAN的概念及特点

2.2.2 CAN总线协议

2.2.3 CAN总线电平

2.3不同类型现场总线特点对比

2.4本章小结

第三章 励磁系统CAN总线硬件电路设计

3.1励磁系统互联设计方案

3.1.1励磁系统内部互联设计基本原则

3.1.2励磁系统内部互联方案的选型与确定

3.2励磁系统CAN通信硬件电路设计

3.2.1调节器单元CAN通信硬件设计

3.2.2智能控制单元CAN通信硬件设计

3.3本章小结

第四章励磁系统CAN总线软件设计

4.1软件组成

4.2通信规约

4.3调节器CAN通信程序

4.4单片机CAN通信程序

4.5人机界面

4.6本章小结

第五章CAN通信试验及分析

5.1项目实施情况

5.2试验目的及方法

5.3出厂试验数据及分析

5.3.1出厂试验系统配置

5.3.2系统稳定性试验

5.3.3结果分析

5.4现场试验波形及分析

5.4.1电缆长度对传输波形的影响

5.4.2发电机运行对CAN波形的影响

5.5本章小结

结论

参考文献

致谢