基于CAN总线的电机保护装置研究

摘要

随着科学技术日新月异地发展，电机在各个领域的使用越来越频繁。由于工作在各个领域的不同环境中，对电的需求不断增加，尤其是需要精密产品的领域，对电机参数指标的要求也机提高。既要在初始设计中要求电机增加容量，又要集成度高，能适用在不断狭小的空间内。由此产生了不同种类的故障，对电机的保护得到重视。电动机主要由定子、转子组成，定子中通入电流，形成旋转磁场，转子切割磁场中的磁感应线，产生感应电流，电流与磁场相互作用产生电磁力，电磁力产生的电磁转矩驱动转子沿着磁场方向旋转起来。
　　 本文根据一般电动机易发生的故障，设计了以单片机STC10F04XE为核心的高集成度电机保护控制器，实现了堵转、过载、低压、缺相等保护功能。电机保护器已逐渐往过去的机械式、电子式发展为智能型，电机保护装置逐步发展成为可在控制装置的触摸屏上显示电机的电流、电压等参数，利用触摸屏的屏显功能，可以实现在减少电机损坏的同时，又有利于故障诊断，有利于工业生产现场的故障及时处理以及快速恢复生产。电机保护装置兼具保护，测量，通讯于一体，具有独立的保护装置的报警出口。
　　 本文设计的电机保护装置是以单片机STC10F04XE为核心，由综合保护模块，信号测量模块，通信模块组成。本设备具有4路开关量输入回路，开关量经过光耦隔离接入CPU;有4路开关量隔离输出回路，用于驱动线路接触器和报警继电器。本设备具有工作电源输入回路，AC220V输入经电源模块输出本装置所需二组直流电压:+5V（为CPU及其外围芯片提供工作电源）、+24V（为输入回路提供电源）。同时板上还设有一路CAN通讯接口作为工业控制网络接口，具有1路RS-232接口用于参数设定。I/O接口具有LED状态指示灯。
　　 本文构建的电机保护系统，以PC机作为上位机，利用总线实现上位机与电机保护装置之间的通信。通过集中监视与控制计算机组成的电动机智能化控制中心，不但能测量电动机运行参数，做出统计分析，而且可实现对终端装置的遥测、遥控，进而使智能化管理，使电动机单台保护发展成为多台集中监控保护系统。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 电动机概况

1．2 电机保护的意义

1．3 电机保护的发展及研究现状

1．3．1 热继电器

1．3．2 电磁型继电器

1．3．3 温度继电器

1．3．4 电子式保护控制装置

1．4 电机保护的发展趋势和未来展望

1．4．1 电机保护的发展趋势

1．4．2 电机保护的未来展望

1．5 本文的研究内容

第2章 电机保护方法与原理

2．1 电机常见故障及保护

2．1．1 短路保护

2．1．2 堵转保护

2．1．3 断相保护

2．1．4 低压保护

2．1．5 过压保护

2．1．6 启动时间过长保护

2．1．7 过载保护

2．2 电机保护原理

2．2．1 信号采样原理

2．2．2 电机保护算法

第3章 总线技术

3．1 现场总线控制系统

3．2 现场总线控制系统与分布式控制系统的比较

3．3 几种有影响力的总线

3．3．1 FF总线

3．3．2 LONWORKS总线

3．3．3 HART总线

3．3．4 PROFIBUS总线

3．4 CAN总线

3．4．1 CAN总线简介

3．4．2 CAN总线技术特点

3．5 CAN2．0B协议

3．5．1 CAN的分层结构

3．5．2 报文传输

3．5．3 错误类型和界定

3．5．4 位定时

3．5．5 同步

第4章 电机保护装置的硬件设计方案

4．1 总体方案

4．2 电源模块的选择

4．3 稳压芯片的选择

4．4 采样信号输入

4．5 测量芯片的选择

4．5．1 芯片简介

4．5．2 芯片特性

4．5．3 芯片外围引脚功能简介

4．5．4 A／D转换

4．5．5 电量检测与有效值计算

4．5．6 通讯接口

4．6 核心控制器的选择

4．6．1 STC系列单片机的特点

4．6．2 STC10F04XE的特点

4．7 数据存储芯片的选择

4．8 系统复位与看门狗电路

4．8．1 系统复位电路

4．8．2 看门狗电路

4．9 开关量输入输出回路

4．10 GAN控制芯片

4．10．1 芯片简介

4．10．2 SJA1000

4．10．3 CTM1050

第5章 电机保护装置软件设计

5．1 主程序

5．2 保护程序

5．3 采集程序

5．3．1 A／D信号采集子程序

5．3．2 数据处理

5．4 通信处理程序

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献