基于CAN 總線的電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)

摘要： 對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的硬件及軟件實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了研究， 以Freescale DSP 56F807 微處理器為控制核心，配以CAN 總線、液晶顯示以及采樣等其他功能模塊。而現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)把專用微處理器置于測(cè)量控制設(shè)備中， 把單個(gè)分散的測(cè)量控制設(shè)備變成網(wǎng)絡(luò)節(jié)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(tǒng)。在算法上由于DSP 有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，對(duì)瞬時(shí)電壓、電流和負(fù)序電流的幅值進(jìn)行精確的計(jì)算而不需考慮時(shí)間的問(wèn)題， 用軟件計(jì)算的方法替代硬件邏輯， 減少硬件資源的浪費(fèi)。

　　電動(dòng)機(jī)是各行各業(yè)應(yīng)用最為廣泛的動(dòng)力設(shè)備， 但由于在使用過(guò)程中保護(hù)力度不夠， 經(jīng)常出現(xiàn)以下問(wèn)題： 裝置功效低下， 保護(hù)裝置經(jīng)常出現(xiàn)拒動(dòng)從而使電動(dòng)機(jī)燒毀， 由于誤動(dòng)而跳閘。近年來(lái)， 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制理論以及信號(hào)處理理論的不斷發(fā)展， 出現(xiàn)了以微處理器為核心、將繼電保護(hù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合形成的微機(jī)繼電保護(hù)裝置。

　　1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)采用雙CPU 結(jié)構(gòu)， 設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套由數(shù)字信號(hào)處理器56F807 加單片機(jī)W78E516 構(gòu)成的微機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置。FREESCALE 數(shù)字信號(hào)處理器56F807 （ 此后簡(jiǎn)稱為56F807 ） 作為主芯片完成信號(hào)采集、信號(hào)處理、保護(hù)和通訊等功能。該芯片具有A/D 轉(zhuǎn)換、開(kāi)入和開(kāi)出回路以及串行通訊口等功能， 信號(hào)輸入電壓為0 V~3 V， 轉(zhuǎn)換速度最快為每次同時(shí)掃描需要5.3 μs, 采集的路數(shù)、位數(shù)和速率完全滿*流采樣的要求。單片機(jī)W78E516 完成人機(jī)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 總線進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊。這種雙CPU 結(jié)構(gòu)具有并行工作、分工合作的優(yōu)點(diǎn)， 既保證了繼電保護(hù)的速動(dòng)性、選擇性、靈敏性和可靠性， 又實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)測(cè)量的高精度。通過(guò)CAN 總線實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控與調(diào)試。因此， 用戶可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)靈活選用通訊接口方式。這樣真正實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)的智能保護(hù)、集中監(jiān)控和管理。該系統(tǒng)硬件框圖見(jiàn)圖1。按其功能分為兩大模塊： 由數(shù)據(jù)采集模塊、開(kāi)入開(kāi)出模塊、EEPROM 模塊和DSP 56F807 組成的保護(hù)模塊； 由CAN 總線和通過(guò)RS-485 總線連接的顯示電路組成的監(jiān)控模塊。

圖1 系統(tǒng)硬件框圖

　　1.1 保護(hù)模塊功能

　　保護(hù)模塊的主要功能是完成數(shù)據(jù)的采集、處理、計(jì)算、保護(hù)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(tǒng)硬件連接圖