畢業(yè)設(shè)計（論文）三相異步電機保護裝置的設(shè)計

1、目 錄1 緒 論21.1 三相異步電動機保護發(fā)展現(xiàn)狀21.2 電動機保護的發(fā)展趨勢21.3 微機保護裝置的特點31.3.1 性能優(yōu)越31.3.2 可靠性高31.3.3 靈活性強31.3.4 調(diào)試維護工作量小31.3.5 經(jīng)濟性好41.3.6 多功能化和綜合應(yīng)用42 硬件總體設(shè)計及各部分說明52.1 方案論證52.2 電機保護原理52.1.1 電動機故障情況分析52.2.2電動機綜合保護分析63 硬件設(shè)計73.1 裝置硬件的總體結(jié)構(gòu)73.2 硬件電路設(shè)計83.2.1 80c196mc單片機83.2.2 系統(tǒng)時鐘的選擇93.2.3 傳統(tǒng)的反時限過負荷保護103.2.4 存儲器的擴展103.2.5

2、數(shù)據(jù)采集103.3 硬件電路各模塊的分析123.3.2通訊模塊133.3.4負序反時限保護模塊144 軟件系統(tǒng)設(shè)計154.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計154.2 感應(yīng)電動機微機保護方案164.2.1 起動時間過長保護164.2.2 堵轉(zhuǎn)保護164.2.3 短路保護164.2.4 低電壓保護164.3 采樣數(shù)據(jù)的處理164.3.1 有效值的計算174.3.2 正序電流和負序電流的獲取及計算174.4 參數(shù)設(shè)定模塊194.5 程序代碼214.6 系統(tǒng)軟件抗干擾設(shè)計22結(jié) 論23結(jié)束語24參考文獻25致 謝26附 錄271 緒 論1.1 三相異步電動機保護發(fā)展現(xiàn)狀隨著我國電力工業(yè)迅猛發(fā)展，電動機的使用幾乎滲透到

3、了各行各業(yè)，是工業(yè)、農(nóng)業(yè)和國防建設(shè)及人民生活正常進行的重要保證。因而確保電動機的正常運行就顯得十分重要。由于電網(wǎng)、電動機本身質(zhì)量及工作環(huán)境等多種因素，電動機會出現(xiàn)過壓、欠壓、電流不平衡、欠載及過流等故障，并由此帶來了巨大的經(jīng)濟損失。因此,電動機保護裝置的開發(fā)與研制勢在必行。目前多數(shù)電動機保護裝置仍在使用8/16位的單片機，由于此類單片機大部分缺少spi接口、i2c總線及a/d轉(zhuǎn)換口等功能模塊。如果要進一步提高電動機保護裝置的性能，則需要通過添加相應(yīng)的芯片進行擴展。這無形中增加了系統(tǒng)制造成本，降低了系統(tǒng)的可靠性，同時產(chǎn)品的體積將隨著芯片的增加而增加。與此相比，本文采用的arm單片機由于采用了新型

4、的32 位arm核處理器，使其在指令系統(tǒng)、總線結(jié)構(gòu)、調(diào)試技術(shù)、功耗以及性價比等方面遠遠超過了傳統(tǒng)的8/16位單片機。同時arm單片機在芯片內(nèi)部集成了大量的片內(nèi)外設(shè), 使其功能和可靠性大大提高。完善的電動機保護器是對電動機運行過程中的各種運行信息數(shù)據(jù)進行采集、運算、分析、監(jiān)控、報警、控制的綜合性裝置。裝置通過對故障報警，保護動（保護脫扣）以及利用動作延時時間的設(shè)定來實現(xiàn)及時準確的保護，保證生產(chǎn)的安全。本保護器還可以通過數(shù)據(jù)信息通訊，實現(xiàn)電動機運行狀況的詳細信息在上位機上進行實時監(jiān)測，并經(jīng)計算機數(shù)據(jù)處理提供管理信息。在設(shè)備可能產(chǎn)生重大故障前，越限報警可及時提醒管理人員進行處理，避免了不必要的停機而

5、對正常生產(chǎn)造成影響，最大限度地保證設(shè)備運行和控制的有效性。當電動機運行參數(shù)達到預(yù)置的預(yù)警值時，保護裝置僅進行預(yù)警，不觸發(fā)脫扣；但當越限值達到預(yù)置的脫扣值時，保護裝置進入脫扣觸發(fā)延時。在預(yù)置脫扣延時時間內(nèi)若設(shè)備恢復(fù)正常運行，則取消脫扣執(zhí)行；而如果超過延時時限，則保護裝置發(fā)出脫扣信號，驅(qū)動執(zhí)行元件動作，斷開電源停止電動機運行。在電動機控制裝置實現(xiàn)各項保護功能的同時，各種保護信息也由裝置生成并經(jīng)通信接口上送至計算機管理系統(tǒng)。1.2 電動機保護的發(fā)展趨勢我國電動機保護的發(fā)展趨勢大致有以下幾點:1)研制在線監(jiān)控系統(tǒng);2)追尋理論上的突破，逐步由定性描述到定量分析;3)應(yīng)具有較寬的連續(xù)可調(diào)整范圍、方便、準

6、確;4)應(yīng)有完善的保護特性和互換性;5)發(fā)展小型、質(zhì)優(yōu)價廉的保護裝置;6)應(yīng)具有高速的可靠性和穩(wěn)定性;7)應(yīng)具有很強的抗干擾能力、環(huán)境適應(yīng)能力、電壓使用能力和長時間連續(xù)工作 能力;1.3 微機保護裝置的特點1.3.1 性能優(yōu)越 微機具有高速運算、邏輯判斷和記憶能力，微機保護是通過軟件程序?qū)崿F(xiàn)的，因而微機保護可以實現(xiàn)很復(fù)雜的保護功能，也可以實現(xiàn)許多傳統(tǒng)保護無法實現(xiàn)的新功能。微機保護還具有故障參數(shù)記憶、故障錄波等功能，可以自動打印記錄故障前后各電氣參數(shù)的數(shù)值、波形以及各種保護的動作情況等，供故障分析用。此外，微機保護的軟件不受電源波動、周圍環(huán)境溫度變化及元件老化的影響，因此微機保護的性能比較穩(wěn)定。

7、1.3.2 可靠性高 微機保護具有自診斷功能，能不斷地對裝置各部位進行自動檢測，可以準確地發(fā)現(xiàn)裝置故障部位，及時報警，以利處理。在抗干擾方面，微機保護除在硬件上采取電磁屏蔽、光電隔離、加退禍電容等一系列抗干擾措施外，還采取數(shù)據(jù)有效性分析，多次重復(fù)計算、自動校核等軟件措施，使微機保護能自動糾錯，即能自動地識別干擾和排除干擾，防止干擾引起微機保護誤動作。此外，裝置還采用多重化措施，進一步提高保護的可靠性。1.3.3 靈活性強 各種類型的微機保護所使用的硬件和外圍設(shè)備可通用，不同原理、特性和功能的微機保護主要取決于軟件。通常，可以在一套軟件程序中設(shè)置不同的保護方案，用戶根據(jù)需要來選擇，也可以根據(jù)系統(tǒng)

8、運行的實際條件或故障情況隨機變化，使保護具有自適應(yīng)能力。當系統(tǒng)發(fā)展需要改變保護原理或性能時，則只需將程序加以修改，這種靈活性是傳統(tǒng)保護不可比擬的。1.3.4 調(diào)試維護工作量小 傳統(tǒng)的繼電保護裝置，如機電型、整流型、晶體管型繼電保護裝置，調(diào)試工作量都很大，尤其是一些復(fù)雜保護。而微機保護幾乎不用調(diào)試。微機保護裝置是由硬件和軟件程序兩個大部分組成，若硬件完好，對于已成熟的軟件，只要程序和設(shè)計的一樣，就會達到設(shè)計要求。再者，微機保護具有自診斷功能，能對硬件和軟件進行自檢，一旦發(fā)現(xiàn)異常就會發(fā)出報警。1.3.5 經(jīng)濟性好 經(jīng)濟性包括裝置的投資費用和運行的維護費用。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展和微機的廣泛應(yīng)

9、用，微機硬件價格不斷下降，而傳統(tǒng)的繼電器價格卻在同期內(nèi)上升。此外，由于微機保護具有自診斷功能，所以微機保護裝置的維護費用較低，這樣可以節(jié)省大量的人力物力，其經(jīng)濟效益是可觀的。1.3.6 多功能化和綜合應(yīng)用 微機保護很容易實現(xiàn)保護以外的其他功能。像故障錄波和各種數(shù)據(jù)的打印。微機保護還可以擴大數(shù)據(jù)的應(yīng)用范圍，如為中心調(diào)度所提供電壓和功率等運行數(shù)據(jù)，也可以進一步將保護、控制和監(jiān)視等功能統(tǒng)一設(shè)計、協(xié)調(diào)配合，實現(xiàn)整個電力系統(tǒng)監(jiān)視、控制、保護的綜合自動化，進一步實現(xiàn)電力系統(tǒng)計算機網(wǎng)絡(luò)控制。2 硬件總體設(shè)計及各部分說明2.1 方案論證基于tms320f2812的高壓電機保護裝置整體設(shè)計，基于tms320f2

10、812的高壓電機保護裝置可實現(xiàn)啟動保護、電流速斷保護、過流保護、負序電流保護、熱過載保護、零序過流保護和低電壓保護等主要保護功能。裝置充分利用了tms320f2812芯片高集成度的特點，是實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲和傳輸?shù)裙δ艿闹饕酒?，附帶信號變換和調(diào)理電路，不需外擴外圍功能芯片，這使得裝置整體電路規(guī)模大大精簡，不論是集成度還是可靠性都有質(zhì)的提高采用單片機數(shù)字處理技術(shù),通過采樣5a（1a）電流，得到電測量的基本參量；保護功能可通過設(shè)定，有選擇地關(guān)閉，可作為電流監(jiān)控儀表使用。功能齊全，使用靈活，方法簡單，幾十種保護參數(shù)可由用戶通過密碼根據(jù)電機實際情況自行設(shè)定。參數(shù)設(shè)定按鍵操作，掉電后永久

11、保存，不需重新設(shè)定。四組、四位led數(shù)碼顯示，第一組用于顯示設(shè)定參數(shù)；第二、第三、第四組顯示電動機三相運行電流。八個故障指示燈 ，提示故障原因，便于排除故障。具有短路、啟動超時、定時限過負荷、堵轉(zhuǎn)、缺相、三相電流不平衡、反時限過負荷、接地等各種故障保護功能。具有兩組開關(guān)輸出接口，用于切斷故障電動機電源。具有遠程復(fù)位開關(guān)量輸入接口和面板按鍵復(fù)位功能。允許多種啟動方式，如直接啟動、降壓啟動、軟啟動、星/角啟動等。綜上所述本文采用以80c196mc單片機為主的數(shù)字處理技術(shù),經(jīng)濟性好，性價比較tms320f2812的高壓電機保護裝置高,測量精度高，故障分辨準確，保護控制可靠，抗干擾能力強。2.2 電機

12、保護原理 從分析電動機的各類故障入手，找出各種故障的故障判據(jù)，進而推出相應(yīng)的保護算法。本文采用的電動機保護算法是在拋棄了傳統(tǒng)的以檢測三相電流經(jīng)電流電壓變換送監(jiān)幅電路作為判據(jù)方法的基礎(chǔ)上，采用以檢測過流幅值、零序電流和負序電流分量為基礎(chǔ)的故障判據(jù)，并在這個基礎(chǔ)上形成了各種保護的算法。同時，將專家系統(tǒng)運用到電動機的故障診斷上，使保護裝置更加智能化。2.1.1 電動機故障情況分析要設(shè)計一個保護裝置，首先要分析保護對象會遇到的各類故障，分析其故障特征，才能提出切實可行的保護方案。對于異步電動機來說，其故障形式主要分為繞組損壞和軸承損壞兩方面。造成繞組損壞的主要原因有:(1)由于電源電壓太低使得電動機不

13、能順利啟動，或者短時間內(nèi)重復(fù)啟動，使得電動機因長時間的大啟動電流而過熱。(2)長期受電、熱、機械或化學作用，使繞組絕緣老化和損壞，形成相間或?qū)Φ囟搪贰?3)因機械故障造成電動機轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)。(4)三相電源電壓不平衡或波動太大，或者電動機斷相運行 (5)冷卻系統(tǒng)故障或環(huán)境溫度過高。造成電動機軸承損壞的原因主要是機械負荷太大、潤滑劑不合適，或者惡劣的工作環(huán)境，如多塵、腐蝕性氣體等給軸承帶來的損壞。由于電動機的微機保護主要通過測量電量(電流、電壓以及開關(guān)狀態(tài)等)來監(jiān)測動機的運行狀況，因此面對的主要是繞組故障。 引起電動機繞組損壞的常見故障可分為對稱故障和不對稱故障兩大類。對稱故障主要有三相短路、堵轉(zhuǎn)和對

14、稱過載等;不對稱故障主要有斷相、三相不平衡和單相接地或相間短路。發(fā)生對稱故障和嚴重的相間短路故障時，例如因為各種原因，如機械故障、負荷過大、電壓過低等，使電動機的轉(zhuǎn)子處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)時，由于散熱條件差，電流大，特別容易燒壞電機。由于這類故障可以由過流的程度得到反映，因此然以電流強度作為故障判據(jù)。對于嚴重的三相短路應(yīng)該采用速斷跳閘，堵轉(zhuǎn)故障的保護應(yīng)短時限跳閘，而對于對稱過載應(yīng)采用反時限跳閘。其它不出現(xiàn)顯著過流的不對稱故障，例如斷相、不平衡運行等，過流保護常常不能及時動作。對于電動機的各類內(nèi)部繞組故障，如匝間短路、接地短路等，往往是由于運行環(huán)境差、長期運行不當引起的，故障最初并不引起顯著的電流增大，若

15、不及時處理會導(dǎo)致事故擴大，進而引起電動機機端過熱、轉(zhuǎn)子及起動力矩降低等一系列問題，并嚴重損壞電動機。各種短路故障還會造成供電網(wǎng)絡(luò)電壓的顯著降低，破壞其它用電設(shè)備的正常工作。2.2.2 電動機綜合保護分析根據(jù)對稱分量法，發(fā)生不對稱故障時，電動機電流可分解為正序、負序和零序分量。當電動機三相對稱時，負序和零序電流為零，而發(fā)生不對稱故障時則會顯著增加。因此可以在檢測電動機過流程度的同時，以序分量為基礎(chǔ)，檢測負序、零序電流的大小。這樣，不但能更好地反應(yīng)電動機的運行狀況，還可以大大提高保護的靈敏度和可靠性。異步電動機常見故障的過流、負序和零序電流的分布情況如表2-1所示，表中單相故障設(shè)a相為故障相，二相

16、故障設(shè)b, c相為故障相，吞表示故障前相電流幅值。若以過流信息反映短路和堵轉(zhuǎn)故障，以負序和零序電流反映各類不對稱短路和接地等不對稱故障，可以實施全面的電流保護。具體方案如下:(1)設(shè)置電流速斷保護作為電動機的主保護，用于電動機內(nèi)部定子繞組以及進線所發(fā)生的相間短路故障。保證電動機在滿載啟動過程中短路保護可靠地不動作。 (2)設(shè)置堵轉(zhuǎn)保護作為電動機運行過程中短路保護后備保護。3 硬件設(shè)計3.1 裝置硬件的總體結(jié)構(gòu)根據(jù)本文第2部分內(nèi)容所提出的保護方案研制了數(shù)字化多功能電動機保護裝置，以實現(xiàn)對電動機過負荷、斷相、不對稱、低電壓、短路、堵轉(zhuǎn)和起動時間過長等故障的保護。本系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)如圖3.1所示。圖3

17、.1 系統(tǒng)的硬件框圖本裝置在控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計時，主要考慮了下列原則:硬件電路設(shè)計應(yīng)結(jié)合軟件設(shè)計一起考慮。一些由硬件實現(xiàn)的功能可以用軟件來實現(xiàn)，反過來一些由軟件實現(xiàn)的功能也可用硬件來完成。用軟件實現(xiàn)相同的功能時，其響應(yīng)時間一般比直接用硬件實現(xiàn)要長，而且還占用cpu時間，但用軟件來實現(xiàn)相同的功能可以簡化硬件結(jié)構(gòu)，提高硬件電路的可靠性，還可降低硬件電路的造價。因此在本系統(tǒng)的設(shè)計過程中，在滿足可行性、實時性的前提下將軟件能夠?qū)崿F(xiàn)的功能盡可能地用軟件來完成?？煽啃约翱垢蓴_設(shè)計時，根據(jù)可靠性設(shè)計理論，系統(tǒng)所用芯片數(shù)越少，則系統(tǒng)的平均無故障時間越長，而且所用芯片數(shù)較少，地址數(shù)據(jù)總線在電路板上受干擾的可能

18、性也就越小。因此單片機基本系統(tǒng)的設(shè)計思想是在滿足功能的情況下力爭所用芯片數(shù)量少，使電路板在空間、功耗、抗干擾以及系統(tǒng)成本上都得以改善。在控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計時，盡量考慮應(yīng)用典型電路。本保護裝置采用mcs-96系列中的80c 196kc單片機為核心部件，構(gòu)成具有數(shù)據(jù)采集、處理、實時控制、自動保護及顯示、報警等功能的計算機控制系統(tǒng)。3.2 硬件電路設(shè)計3.2.1 80c196mc單片機80c196mc是美國著名的intel公司于1992年推出的最新一代單片機，是16位微控制器，它在mcs-%基礎(chǔ)上結(jié)構(gòu)和功能又有了重大的突破，是1%系列中功能最為卓著、最具典型意義的一種。由于它具有性能高、功能全和用

19、戶使用方便等特點，尤其是其高速的處理能力和對交流電的特殊效益，使其特別適合于電動機和反相器等高速控制領(lǐng)域，在美國工業(yè)界受到了普遍的重視和歡迎。同時，它是由chmos電路構(gòu)成，功耗低，具有省電的工作方式。80c 196mc具有64k字節(jié)的地址空間。它的主要部分包括cpu、幾種類型的存貯器、中斷、7個i/o口和一些片內(nèi)外設(shè)。其中的片內(nèi)外設(shè)包含:1個a/d轉(zhuǎn)換器、1個事件處理器陣列(epa )、兩個定時器(定時器1和定時器2)、1個三相波形發(fā)生器 0.061e，經(jīng)過整定的允許起動時間，仍有電流(起動后允許的電流值，可以事先整定)，那么表明電動機起動時間過長，起動未成功，有嚴重發(fā)熱的危險，保護動作跳閘

20、，并同時將電動機閉鎖直到電動機充分散熱后才能再起動。4.2.2 堵轉(zhuǎn)保護 在電動機正常運轉(zhuǎn)中假若發(fā)生堵轉(zhuǎn)，那么電流增大，當電流為事先整定的允許堵轉(zhuǎn)的電流)，則保護跳閘，跳閘后也同樣將電動機閉鎖直到電動機充分散熱后才能重新起動。4.2.3 短路保護 在本保護裝置中，短路故障所采用的電流速斷保護能夠自動改變整定值。當電動機處于起動過程時，使電流速斷保護的整定值在起動過程中按照躲過起動電流來整定，起動電流小于速斷保護整定值，保護裝置不動作;而在起動結(jié)束后，速斷保護的整定值自動減小一半，如果此時的定子電流仍超過新的整定值(即原整定值的一半)，則保護動作跳閘。從而使得在正常情況下的靈敏度提高一倍。4.2

21、.4 低電壓保護 本裝置是將采樣所得線路上的電壓信號，送入單片機，與額定電壓值比較，當電壓小于80%ue時，延時跳閘，以實現(xiàn)低電壓保護。4.3 采樣數(shù)據(jù)的處理 從上面所的保護動作方案，可以看到本裝置要進行保護判決，就要計算電壓的有效值、電流的有效值和電流的正序、負序分量以及它們的有效值。本裝置是作故障保護之用的，其計算任務(wù)的實時性要求較高，必須及時處理轉(zhuǎn)換的結(jié)果，以免造成數(shù)據(jù)的堆積。采用的算法還須滿足精度的要求。具備一定的抗干擾能力。下面就本裝置對電壓的有效值、電流的有效值和電流的正序、負序分量的數(shù)學處理方法加以闡述。4.3.1 有效值的計算 傳統(tǒng)的有效值計算方法可以分為正弦模型算法和周期函數(shù)

22、模型算法。正弦模型算法是基于被采樣的波形是純正弦變化的，而實際在電動機發(fā)生故障時，往往是在基波的基礎(chǔ)上疊加有衰減非周期分量和各種高頻分量，因此提出了周期函數(shù)算法。周期函數(shù)算法不再假設(shè)輸入電壓電流是純正弦量，而假設(shè)輸入信號是周期函數(shù)，或者是可以近似地作為周期函數(shù)來處理。當信號是周期函數(shù)時，它可以被分解為一個函數(shù)序列之和，或者說是一個級數(shù)。這類算法是采用某一正交函數(shù)組作為樣品函數(shù)，將這個樣品函數(shù)組與待分析的時變函數(shù)進行相應(yīng)的積分變換，以求出與樣品函數(shù)頻率相同分量的實部和虛部系數(shù)，進而可以求出待分析的時變函數(shù)中該頻率分量的模值和相位。 4.3.2 正序電流和負序電流的獲取及計算任何非對稱的電流三相電

23、流都可分解為正序，負序和零序三相分量。其表達式為：.4.1 4.2 .4.3 .4.4 .4.5 .4.6 .4.7 .4.8 .4.9 .4.10式中：、電動機三線電流矢量： .4.11.4.12由于正序，負序分量三相是電流對稱的，為簡化計算，下列分析及單片機處理均對電流正序和負序中的一相進行。由于本保護裝置只對線電流和進行采樣。則在保護中的正序和負序電流為：.4.13.4.14.4.15.4.16為了用單片機對感應(yīng)電動機線電流進行對稱分量處理，可以采用下面所述的方法。在一個周期內(nèi)每隔30度采樣線電流，這樣可以得到采樣的線電流值?？梢詫⒁粋€電源周期中在第k個采樣點的正序和負序電流瞬時值記為：

24、 .4.17 .4.18為了利用過去的采樣值進行計算，可以將上式寫為：.4.19.4.20按上式微機可以非常方便地計算出一個周期內(nèi)各個采樣點的正序和負序分量的采樣電流值。從而可以計算出正序和負序的有效值。4.4 參數(shù)設(shè)定模塊 在參數(shù)設(shè)定模塊中，運行人員可通過“參數(shù)通道號”(鍵1),“+”(鍵2),“一”(鍵3)和“完成”(鍵4)四個按鍵方便地進行各個運行參數(shù)的設(shè)定、保護功能的選擇和保護動作定值的整定，當參數(shù)設(shè)定完后，將參數(shù)寫入eeprom中保存起來。參數(shù)設(shè)定模塊的程序流程框圖如圖4.2所示。圖4.2參數(shù)設(shè)定模塊的程序流程框圖保護裝置的抗干擾設(shè)計電動機保護裝置護電動機以及電力系統(tǒng)安全、可靠運行的

25、重要任務(wù)，因而對可靠性和穩(wěn)定性的要求較高。解決可靠性和穩(wěn)定性的措施是多方面的，而提高保護裝置的抗干擾能力是其重要的一方面。對于微機控制系統(tǒng)，大量干擾的存在會導(dǎo)致系統(tǒng)硬件的損壞，即使不造成系統(tǒng)硬件的損壞，也可能會便控制系統(tǒng)運行不正常，或運行失靈。在一個測控系統(tǒng)中，抗干擾措施采取得不好，干擾會對測控系統(tǒng)產(chǎn)生一些不良的影響，它表現(xiàn)在:數(shù)據(jù)采集誤差加大。干擾侵入微機的前向通道中，疊加在信號上，造成數(shù)據(jù)可靠性和穩(wěn)定性運行采集誤差加大?？刂茽顟B(tài)失靈。一般控制狀態(tài)的輸出多半是通過微機的后向通道來進行的，由于控制信號較大，它不易直接受到外界干擾。但在微機控制系統(tǒng)中其控制狀態(tài)的輸出常常是根據(jù)某些條件狀態(tài)的輸人和

26、條件狀態(tài)的邏輯處理結(jié)果來進行的。在這些環(huán)節(jié)中，由于干擾的侵入，會造成條件狀態(tài)的偏差，致使輸出控制誤差加大，甚至使控制失常。數(shù)據(jù)受干擾而發(fā)生變化。微機系統(tǒng)中，由于ram是可以讀寫的，因此，在干擾的侵害下，ram中的數(shù)據(jù)會發(fā)生改變失真。在單片機系統(tǒng)中，程序、常數(shù)都存放在rom申，雖然避免了程序指令及常數(shù)受干擾而被破壞，但片內(nèi)ram、外部擴展ram以及片內(nèi)各種特殊功能寄存器等狀態(tài)都有可能受外來干擾而變化，干擾竄入渠道和受干擾數(shù)據(jù)性質(zhì)不同，系統(tǒng)受破壞的狀況也就不同，有的造成數(shù)值誤差，有的控制失靈，有的改變某些部件的工作狀態(tài)等。程序運行失常。微機系統(tǒng)中的強干擾會造成程序計數(shù)器pc值的改變，破壞程序的正常

27、運行。由此可見，干擾的存在是值得注意的事情，對一個微機控制系統(tǒng)，良好的抗干能力是實現(xiàn)控制功能的前提條件。 實現(xiàn)計算機對三相感應(yīng)電動機的數(shù)字化故障保護，其特點是利用弱電測控強電，弱電的電壓只有幾伏，電流只有幾十毫安，而強電回路電壓有幾百伏，電流幾十上百安，保護裝置所處工作環(huán)境的干擾是十分嚴重的。這些干擾信號的特點是頻率高、幅度大，因而可以順利通過各種分布電容的禍合;另一方面這些干擾持續(xù)時間短，模擬式靜態(tài)保護裝置可以用延時來躲過這些干擾，而微機保護由于計算機的工作在時鐘節(jié)拍的嚴格控制下以較高速度同步工作的，不能簡單的設(shè)置延時電路，這就增加了干擾問題的嚴重性。電動機保護的可靠性要求體現(xiàn)在兩個方面:不

28、誤動、不拒動。一般地，由于微機保護裝置工作在不停的以極高速度和極短周期循環(huán)執(zhí)行程序狀態(tài)，即處在一種動態(tài)工作過程中，所以只要這個過程不終止，干擾就不會產(chǎn)生拒動，至多是增加一點動作延時。保護的防拒動措施主要是萬一干擾引起程序執(zhí)行停頓或進入死循環(huán)狀態(tài)時能立即使保護重新自動啟動，”看門狗”即能滿足這一要求。如何防止干擾和元器損壞引起裝置誤動，這是保護抗干擾的重點。主要有以下措施:防止可能的干擾迸人裝置內(nèi)部;增加對程序代碼、關(guān)鍵硬件的實時檢測功能，在關(guān)鍵元器件故障后能及時采取相應(yīng)的措施;容錯設(shè)計。 由于智能保護裝置的硬件分為人機接口和保護兩大部分，因此相應(yīng)的軟件也就分為接口軟件和保護軟件兩大部分。接口軟

29、件是指人機接口部分的軟件，其程序可分為監(jiān)控程序和運行程序。執(zhí)行哪一部分程序是由接口面板的工作方式或顯示器上顯示的菜單選擇來決定的。調(diào)試方式下執(zhí)行監(jiān)控程序，運行方式下執(zhí)行運行程序。監(jiān)控程序主要就是鍵盤命令處理程序，是為接口插件及各種cpu保護插件進行調(diào)試和整定而設(shè)置的程序:接口的運行程序由主程序和定時中斷程序構(gòu)成。主程序主要完成巡檢保護插件、鍵盤掃描和處理故障信息。定時中斷服務(wù)程序主要是各種啟動程序及軟件始終程序。 保護cpu的保護軟件配置為主程序和兩個中斷服務(wù)程序。主程序包括三個基本模塊:初始化和自檢循環(huán)模塊、保護邏輯判斷模塊及跳閘處理模塊。中斷服務(wù)有定時采樣中斷服務(wù)程序和can通信中斷服務(wù)程

30、序。4.5 程序代碼80c 196kc無片內(nèi)程序存儲器(rom )，數(shù)據(jù)存儲器空間也很少，僅有256個字節(jié)，所以本系統(tǒng)需要擴展程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器，同時考慮到用戶需要對保護裝置設(shè)定一些參數(shù)和整定值，這些參數(shù)和整定值在掉電的情況下不能丟失，因此還需擴展非易失性rom。外部擴展了一片32k的程序存儲器eprom ( 27256 )存放程序，一片32k的靜態(tài)存儲器ram ( 62256 )作為采集數(shù)據(jù)和計算數(shù)據(jù)的暫存區(qū)，一片電可擦除可編程只讀存儲器eeprom ( x84041)存放保護裝置的參數(shù)和整定值。它們的片選均由gal16v8來完成。美國晶格半導(dǎo)體公司(lattic semiconduct

31、or)的gal ( generic array logic)芯片是目前最為理想的可多次編程的邏輯器件。gal器件采用電擦除技術(shù)，無需紫外線照射就可以隨時進行修改。在gal的控制下，其配置信息為見附錄。 由上面的配置信息可以看出存儲器27256, 62256, x84041和ald的地址分配分別為:x84041地址區(qū):foooh-ffffha/d ( max 197)地址區(qū):系統(tǒng)采用74hc373作地址鎖存器，系統(tǒng)總線按16位地址總線/8位數(shù)據(jù)總線配置。對應(yīng)于系統(tǒng)總線的高8位地址/數(shù)據(jù)分時復(fù)用總線使用，而p4口對應(yīng)于系統(tǒng)總線的高8位地址，這與mcs-51的相似，只是將mcs-51的p0,p2口換

32、成了80c 196kc的p3, p4口。 在裝置中采用的eeprom是x84041 micro port saver(微處理器接口節(jié)省器件)，其存儲容量為4096位。它提供了串行存儲器的所有優(yōu)點，例如成本低、低功耗、低電壓運行以及小封裝尺寸。同時它具有較高的數(shù)據(jù)傳送速率以及需要較少的接口代碼不需要專用的串行總線。x84041直接連接到向處理器總線，并使用標準總線讀寫操作序列在單數(shù)據(jù)線上通信。從而消除了對專用口引腳、并行至串行轉(zhuǎn)換器、復(fù)雜的asic工具軟件或其它連接邏輯的需要，符合本系統(tǒng)力求芯片數(shù)目少，硬件體積小，成本低的設(shè)計思想。4.6 系統(tǒng)軟件抗干擾設(shè)計 在解決干擾問題時，軟件和硬件都重有重

33、要的作用。因此在設(shè)計時要得到較好的抗干擾效果，軟件抗干擾措施也是必不可少的。4.6.1 eprom程序代碼自檢 eprow中存放著實現(xiàn)保護功能的代碼，其中只要有一位代碼出錯，就會造成不可預(yù)測的后果。本設(shè)計中采用的是一種簡單有效“求和尾碼效驗法”。它只需事先將程序的代碼和的尾碼作為定值保存在eeprom中，程序定期對eprom中代碼求和，并將其尾碼與該定值進行比較，就可以檢測出eprom代碼是否出錯，從而判斷eprom芯片是否受到損壞。4.6.2 整定值自檢 整定值在保護中起著舉足輕重的作用，其數(shù)據(jù)的正確與否，直接關(guān)系到保護的功能能否正常完成。本設(shè)計采取在系統(tǒng)初始化時，在內(nèi)存的不同部位存放三份完

34、全相同的整定值，只需定期對三份整定值加以比較，即可知道整定值是否正確，并對出錯的整定值進行修改，或重新調(diào)進新的整定值。4.6.3 80c196單片機rst指令抗干擾的應(yīng)用在80c196單片機的指令中有rst這樣一條指令，其操作碼為ff，程序在執(zhí)行到這條指令時，將使psw初始化為0, pc初始化為2080, i/o寄存器置為初始值，在80c196的復(fù)位引腳上產(chǎn)生一個負脈沖，在本裝置的軟件抗干擾設(shè)計中應(yīng)用了它的這一特殊功能，即在不用的存儲空間中送上ff操作碼，當程序到不用的程序存儲器單元時，就會自動執(zhí)行rst指令，從而轉(zhuǎn)到2080開始執(zhí)行程序，有助于修復(fù)軟件故障。結(jié) 論本文就構(gòu)建兩者的統(tǒng)一系統(tǒng)做了

35、積極的探索，并就一些具體的方案作了深入的研究，總結(jié)為以下幾個方面。 針對電動機綜合保護及監(jiān)測的現(xiàn)狀，提出了在硬件及軟件兩方面將其統(tǒng)一為一個整體的思路。并設(shè)計出相應(yīng)的單元裝置和后臺處理裝置的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，而且結(jié)合目前劉家峽水電廠的水泵電機對監(jiān)控數(shù)據(jù)通訊的分散性、經(jīng)濟性和抗惡劣工業(yè)環(huán)境響要求，選取了can網(wǎng)絡(luò)作為綜合系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)。 根據(jù)描述電動機定子繞組溫升特性的微分方程所得到的累加定子電流的反時限過負荷保護的遞推公式，與傳統(tǒng)的反時限過負荷保護方案相比，更加合理地模擬了電動機過負荷時的溫升情況，在考慮發(fā)熱的同時，也考慮了熱量向周圍介質(zhì)的散失，能夠更好地發(fā)揮電動機的過載能力。 本系統(tǒng)的設(shè)計在滿足可行性、實時性的前提下，硬件電路設(shè)計和軟件設(shè)計綜合考慮，盡可能地將軟件能夠?qū)崿F(xiàn)的功能用軟件來完成，控制系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠以及成本低等優(yōu)點。 在提高保護裝置的抗干擾性能和動作可靠性方面，本文在防止各種干擾信號進入裝置系