基于MODBUS协议的石油钻机电机保护器研制

摘要

目前，我国石油钻机马达控制器（MCC）柜体内大部分MCC抽屉采用接触器、热继电器及熔断器对电动机进行保护，而这种保护方式对启动过程中的电动机不起保护作用，保护功能不完善。如果安装基于DSP、ARM等微处理器的电动机保护器，因价格昂贵、体积大、接线复杂，不适合安装在石油钻机电控系统。
　　为此，本课题在分析电动机保护原理基础上，设计并实现了一种以高集成度、高速度的C8051F340单片机为控制核心、以专用电能计量芯片ATT7026A为数据采集单元的智能电动机保护器。
　　本文的主要研究内容如下：
　　1．给出了基于Modbus协议的电动机保护装置的实现方案。本装置可实现堵转保护、过流保护、断相保护、过压保护、欠压保护等功能。
　　2．实现系统硬件设计。硬件结构主要包括信号处理电路、数据采集电路、主控电路、键盘及液晶显示电路、通信电路等。采用 C8051F340单片机为主控制芯片，既保证了保护器硬件的数据处理速度和性能，又降低了成本。以 ATT7026A为数据采集单元，简化了采集数据处理部分算法。
　　3．完成系统软件设计。单片机以C51高级语言编写模块化程序，完成监控保护程序模块、ATT7026A数据读写程序模块、键盘、显示器程序模块等程序。编写Modbus从站通信协议，实现对保护器的在线监测及远程监控。
　　4．将设计的电动机保护器用于石油钻机现场进行测试，验证系统的可靠性及稳定性。
　　对保护功能和通信功能进行测试表明，该系统具有体积小、抗干扰能力强、保护功能全、人机界面友好等优点，具有良好的应用前景。

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第一章 绪 论

1.1课题背景

1.2国内外发展概况

1.3 本文的主要研究内容

1.4本人的主要工作内容

第二章 主要元件选择及基本理论概述

2.1 C8051F系列微控制器

2.2电力参数采集与计量方法

2.3 电机保护原理

2.4 本章小结

第三章 保护器硬件设计

3.1 整体设计方案

3.2 单片机主控系统电路

3.3 信号处理电路

3.4 数据采集电路

3.5 液晶显示电路

3.6 通信电路

3.7 键盘及报警指示电路

3.8 数字量输入、输出电路

3.9 辅助电路

3.10 抗干扰设计

3.11 本章小结

第四章 保护器软件设计

4.1 软件总体设计方案

4.2 Modbus通信软件设计

4.3 软件抗干扰设计

4.4 本章小结

第五章 系统测试及现场应用

5.1 现场应用

5.2 Pb-B-Modbus V3总线桥

5.3 S7-300西门子PLC与智能MCC通信测试

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 主要工作总结

6.2 未来工作展望

致谢

参考文献