基于PROFIBUS的电机保护装置的研究

论文摘要

电动机作为一种应用广泛的动力设备,其保护问题长期以来受到人们的关注。近年来,随着计算机技术与自动控制理论的不断发展,出现了以微处理器为核心的微机综合保护系统。这种新型保护系统与传统的保护系统相比,具有强大的逻辑分析与处理功能、并兼有故障记录与故障分析功能、易于实现网络化管理等显著的优点,成为当前电机保护装置研究的主要方向。本文正是在这一背景下,开展基于PROFIBUS通讯的电机保护装置的研究工作。本文首先对现有的总线做了介绍和比较,然后分析了电机的各种对称性故障和不对称性故障。应用研究中采用对称向量法检测负序和零序电流,并在此基础上实现了针对过载、堵转、短路、断相、逆相、三相不平衡等故障的保护。本文设计的电机保护装置以LPC2214 32位ARM为核心,充分利用其强大的信号处理能力,结合电机保护理论完成了具有故障诊断与保护功能的新型电机综合保护系统的设计。本设计的电机保护装置采用PROFIBUS总线协议芯片SPC3、89S52与LPC2214构成一个PROFIBUS从站,通过PROFIBUS总线与主站构成通讯网络,使保护系统实现网络化。使之从传统意义上的单一的保护系统,发展成支持PROFIBUS通讯的新型电机终端单元。本文最后对电机保护装置进行了电机各种故障的模拟实验,实验结果较好地验证了其保护的安全性、实时性、可靠性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 现场总线概述
• 1.1.1 现场总线的特点与优点
• 1.1.2 几种常见现场总线
• 1.2 电机保护的现状研究与发展
• 1.2.1 电机的保护方式的发展
• 1.2.2 国内外电机保护理论的发展
• 1.3 本课题研究的意义与主要内容
• 第二章 PROFIBUS 总线
• 2.1 PROFIBUS 组成
• 2.2 PROFIBUS 的基本特性
• 2.2.1 PROFIBUS 协议结构
• 2.2.2 PROFIBUS 现场总线传输技术
• 2.2.3 PROFIBUS 总线存取协议
• 2.3 PROFIBUS-DP 概述
• 2.3.1 PROFIBUS-DP 的功能
• 2.3.2 PROFIBUS-DP 的通信机理
• 2.4 PROFIBUS-DP 通讯实现
• 2.4.1 DP 主、从站的主要任务
• 2.4.2 DP 主、从站协议实现
• 第三章 电机保护基本原理
• 3.1 电动机的常见故障类型
• 3.1.1 对称分量法
• 3.1.2 负序、零序电流分量的检测
• 3.1.3 常见故障保护
• 3.2 电动机保护原理
• 3.2.1 电流速断保护
• 3.2.2 过负荷保护
• 3.2.3 正序反时限电流保护
• 3.2.4 负序反时限电流保护
• 3.2.5 零序电流保护
• 3.3 采样算法
• 3.3.1 常见微机保护交流采样算法
• 3.3.2 傅氏算法及改进半波傅氏算法原理
• 第四章 PROFIBUS-DP 电机保护智能从站实现
• 4.1 系统总体设计
• 4.2 PROFIBUS 接口模块设计
• 4.2.1 SPC3 接口芯片简介
• 4.2.2 专用协议芯片SPC3 与CPU 的连接
• 4.2.3 SPC3 实现 DP 从站
• 4.3 ARM 与89S52 的数据通信模块设计
• 4.3.1 双口RAM 空间的划分
• 4.3.2 数据交互方式
• 4.4 人机界面模块设计
• 4.4.1 液晶模块
• 4.4.2 键盘模块
• 4.5 输入与输出模块设计
• 4.5.1 输入模块
• 4.5.2 输出模块
• 4.6 电动机保护装置软件设计
• 4.6.1 程序设计语言的选择
• 4.6.2 PROFIBUS 通讯接口软件设计
• 4.6.3 电机保护的软件设计
• 第五章 电动机保护装置的测试与实验
• 5.1 PROFIBUS 总线通讯调试
• 5.1.1 调试平台
• 5.1.2 网络组态
• 5.1.3 GSD（设备数据库）文件及其说明
• 5.1.4 测试和报文分析
• 5.2 电动机保护测试
• 5.2.1 短路实验
• 5.2.2 缺相及相不平衡实验
• 5.2.3 过载保护实验
• 5.2.4 堵转和起动超时保护试验
• 第六章 总结与展望
• 6.1 结论
• 6.2 后续工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历 在读期间发表的学术论文