基于DeviceNet的电机智能综合保护器的研制

论文摘要

鉴于目前我国电机保护控制水平与世界先进国家相比还有一定差距,主要存在技术含量低、品种和功能少、参数精度低、保护算法简陋、生产工艺落后、传统保护装置不能组网等缺陷。面临国外先进产品的长驱直入,我国电机保护控制技术尚不具备与之抗衡的市场竞争能力。因此,电机保护装置的进一步研究与推广势在必行。为了解决传统保护装置不能组网的问题,本设计引入DeviceNet现场总线。DeviceNet现场总线是一种成本低廉、通信可靠的现场总线,该总线拥有完备和公开的协议标准,出色的设备级诊断功能和即插即用功能大大改善了设备间的通信,使得多供货商同类部件间的互换性得以实现,成为各种设备层仪器仪表进行总线通信的绝佳选择。本设计将DeviceNet技术应用于电机保护器的开发,使保护器通过现场总线网络将工作的状态及相关参数及时反应给监控人员,以便及时跟踪保护器状态和调整保护器参数,保障电机的正常运行。硬件方面,以PHILIPS的LPC2119为核心设计并实现了电机保护器的电源电路、DeviceNet通信电路、DeviceNet参数设置及状态指示电路、实时时钟电路、液晶显示电路、模拟量采集电路等。为电机保护器强大功能的实现提供了可靠的硬件基础。软件方面,在LPC2119上成功移植了嵌入式实时操作系统μCOS-Ⅱ,合理划分和编写了各任务代码,实现了电机保护器的数据采集、数据处理、实时时钟、状态指示、人机对话和输出控制等功能,并在深入理解DeviceNet现场总线通信协议的基础上,完成了DeviceNet通信协议的设计与实现,该协议通过一致性测试,具有良好的实时性和可靠性。最后,针对目前过载保护算法存在的误动缺陷,提出了基于模糊控制的过载保护算法,经MATLAB仿真得到较好的效果,并在LPC2119控制器上完成了硬件实现,提出了具体实现步骤。经过实验室初步实验证明,模糊控制在过载保护中的应用提高了过载时间预测的精确程度,减少了保护器的误动次数。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 现场总线的国内外发展概况
• 1.2 DeviceNet现场总线的国内外发展概况
• 1.2.1 DeviceNet概述
• 1.2.2 DeviceNet技术特点
• 1.2.3 DeviceNet总线的国内外发展概况
• 1.3 电机保护器的国内外发展概况
• 1.3.1 国内外电机保护器的发展阶段
• 1.3.2 电机过载保护技术现状
• 1.4 嵌入式系统的发展概况
• 1.4.1 嵌入式系统的分类与发展
• 1.4.2 嵌入式操作系统的发展
• 1.4.3 几种代表性嵌入式操作系统
• 1.5 课题研究意义与内容安排
• 2 DeviceNet技术规范
• 2.1 DeviceNet总线与 CAN总线
• 2.1.1 DeviceNet的物理层
• 2.1.2 DeviceNet的数据链路层
• 2.2 DeviceNet的应用层
• 2.2.1 DeviceNet的对象模型
• 2.2.2 DeviceNet的寻址方案
• 2.2.3 DeviceNet的连接
• 2.3 设备描述和 EDS文档
• 2.3.1 设备描述
• 2.3.2 EDS文档
• 2.4 一致性测试
• 2.5 本章小结
• 3 电机保护器的硬件设计与实现
• 3.1 保护器功能需求分析
• 3.1.1 电机故障保护需求分析
• 3.1.2 通信需求分析
• 3.2 硬件电路结构框架
• 3.3 硬件电路组成说明
• 3.3.1 主控制器简介
• 3.3.2 电源电路
• 3.3.3 晶振电路
• 3.3.4 看门狗复位电路
• 3.3.5 DeviceNet通信电路
• 3.3.6 DeviceNet参数设置及状态指示电路
• 3.3.7 液晶显示电路
• 3.3.8 外扩 EEPROM电路
• 3.3.9 实时时钟电路
• 3.3.10 模拟量采集电路
• 3.3.11 开关量输入/输出电路
• 3.4 本章小结
• 4 电机保护器的软件设计与实现
• 4.1 嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ简介
• 4.1.1 μC/OS-Ⅱ特点
• 4.1.2 μC/OS-Ⅱ软硬件体系结构
• 4.1.3 μC/OS-Ⅱ的移植条件
• 4.1.4 μC/OS-Ⅱ在LPC2119上的移植
• 4.2 系统总体任务设计和保护器软件的任务划分
• 4.3 保护器各任务的程序设计流程
• 4.4 保护器通信协议设计
• 4.4.1 DeviceNet通信协议开发平台简介
• 4.4.2 DeviceNet链路访问状态机制及通信过程
• 4.4.3 通信协议的软件实现
• 4.5 本章小结
• 5 模糊控制在过载保护中的应用
• 5.1 模糊控制简介
• 5.1.1 模糊控制的基本原理
• 5.1.2 模糊控制器的设计结构
• 5.2 过载保护模糊控制器的设计
• 5.2.1 新型过载保护算法研究的意义
• 5.2.2 过载保护模糊控制器的设计过程
• 5.2.3 仿真结果
• 5.3 模糊控制器在LPC2119中的实现
• 5.3.1 输入输出量模糊化算法的实现
• 5.3.2 模糊推理算法的实现
• 5.3.3 解模糊算法的实现
• 5.4 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及读研期间主要科研成果