带有CAN总线的集成低压电器智能控制与保护模块的研制

论文摘要

集成低压电器(Integrated Low Voltage Apparatus，ILVA)是一种新型智能化电器。该产品采用电磁式结构，外形类似普通的电磁接触器，以内嵌式计算机为控制核心，利用电力电子技术在单一结构的电器本体上，集成了断路器和接触器等的保护与控制功能。该产品已通过试验考核，并正式投产。尽管该产品在集成化和智能化方面进行了许多有益尝试，但智能控制与保护单元还有待进一步完善：一是目前保护功能只有三相过流保护和启动保护，用户不能根据需要灵活的选择保护类型：二是通讯功能尚未达到工业应用的要求；三是现有的LED显示器不能提供良好的人机交互环境。本文在第一代ILVA的基础上，重点研究智能化和网络化技术，以将其应用在第二代ILVA上。本文采用对称分量法对鼠笼式三相交流异步电动机的常见故障进行了分析，根据过流倍数、负序电流和零序电流判别电动机的故障，建立了故障保护判据，从而实现短路、堵转、过流、三相不平衡、漏电和启动等保护功能。通过运行调试证明，该方法在保证可靠动作精度的前提下通过软件算法简化了硬件电路设计，实现了保护的多功能化。本文将CAN总线运用于电动机保护系统。设计了以单台ILVA为下位机，以PC机作为上位机的三级网络结构，并分别利用DELPHI语言和PIC汇编语言编写了上、下位机的通讯程序，从而实现了网络通讯功能。本文以MICROCHIP公司生产的PIC18F2580单片机为核心处理器，设计了A／D采样、数字信号处理、及通讯单元的硬件电路。同时采用LCD显示器完善了显示输出、按键输入单元的硬件设计，并根据硬件结构进行了软件编程，使得ILVA具有了良好的人机交互环境。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 第一代集成低压电器概述
• 1.3 课题研究的目的和意义
• 1.4 本文的主要工作
• 2 电动机的故障特征及保护方法研究
• 2.1 电动机的分类
• 2.2 电动机常见故障的分析
• 2.2.1 三相对称性故障分析
• 2.2.2 三相不对称性故障分析
• 2.3 电动机的保护方法
• 2.3.1 过载保护
• 2.3.2 短路保护
• 2.3.3 启动保护
• 2.3.4 堵转保护
• 2.3.5 负序电流保护
• 2.3.6 零序电流保护
• 2.3.7 欠压与过压保护
• 2.4 小结
• 3 基于CAN总线的系统网络化设计
• 3.1 现场总线技术概述
• 3.1.1 现场总线产生的背景
• 3.1.2 现场总线的本质
• 3.1.3 现场总线的优点
• 3.1.5 现场总线的分类
• 3.2 CAN总线概述
• 3.2.1 CAN总线产生的背景
• 3.2.2 CAN总线的特点
• 3.3 CAN总线网络协议
• 3.3.1 CAN总线的分层结构
• 3.3.2 CAN总线的报文传送和帧结构
• 3.4 CAN总线中位定时的设定方法
• 3.4.1 概述
• 3.4.2 位时间的设定
• 3.5 网络通讯协议的编写
• 3.5.1 协议说明
• 3.5.2 协议应用
• 3.6 基于CAN总线的网络总体设计
• 3.7 小结
• 4 智能控制与保护模块硬件系统的设计
• 4.1 单片机的选择
• 4.2 信号调理电路的设计
• 4.3 人机接口单元硬件设计
• 4.4 通讯单元硬件设计
• 4.4.1 下位机与CAN总线的接口电路
• 4.4.2 上位机与CAN总线的连接
• 4.4.3 CAN总线上通讯器件的连接方式
• 4.5 小结
• 5 智能控制与保护模块软件系统的设计
• 5.1 软件系统总体设计
• 5.2 下位机的软件设计
• 5.2.1 初始化模块分析
• 5.2.2 数据采集模块分析
• 5.2.3 故障诊断模块分析
• 5.2.4 液晶显示模块分析
• 5.2.5 键盘扫描模块分析
• 5.2.6 下位机通讯模块分析
• 5.3 上位机的软件设计
• 5.3.1 上位机远程操作系统使用的编程语言
• 5.3.2 上位机远程操作系统通讯协议的编写
• 5.3.3 上位机远程操作系统的主要功能介绍
• 5.4 小结
• 6 结论
• 6.1 本文结论
• 6.2 后期工作的设想
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢