于DSP和单片机双CPU结构的微机电动机保护(精).docx
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1、基于D S P和单片机双c P u结构的微机电动机保护翟永昌,黄强,李永丽,李斌(天津大学电力自动化系,天津3 0 () 17 2)摘要:传统的微机保护,存在着计算速度较低和保护原理不够完善等问题。为了 提高电动机保护装置的实时数据处理能力和实现较复杂的保护原理,采用数字信 号处理器 D S P (DXUIalS-igllalPIOcPs.sor)负责数据 计算处理和复杂保护原理的实现。简要介绍了由D S P和单片机构成的微机电动 机保护装置的系统设计方案和硬件平台,并介绍了此装置的各种保护功能。单片 机外围扩展电路较多,而其I /。口资源有限,因而采用了 1 2 c总线电路,从 而较好地实现
2、了装置监控功能。实践证明,该装置运算速度快,易宾现复杂保护 原理,较好地提高了保护装置性能。关键词:电动机保护;D s P ;单片机;J 2 C总线 中圈分类号:TM774;TM930.9文献标识码:B文章编号:1 0 0 6 6 0 4 7 (2 0 0 3) 0 5 0 0 4 6 0 3微机电动机保护装置,要求在 毫秒级的短时间内对目标系统实现实时保护和测量,所以,装置硬件 系统的实时数据处理能力是设计时需考虑的重要指 标“_2 1 ,传统的基于单C P U微控制器的方案已经难以 胜任。因此,本装置采用了数字信号处理器D S P(Digital Sign丑1电原模块及i芭尘量塑壁端篙丽丽
3、翩市蕃詈 厂业塑岬入删” |开关世型封醺瓢球些骊磊171与滤渡插件r 7 1 J最示板提供 人机接u罔1捕件模块功能罔直流J开关世Pmc e s s o r)与单片机8 0 C 5 1 (以 下简j 1输出操作回I路插件1 .称5 1单片机)微控制器构成的双C P U结 构。由D s P完成多通道A/D转换、各种判据算法的运算及用于 控制继电器的开关量输出等功能,而5 1单片机作 为整个装置的控制单元,主要负责实时时钟控制、各 类参数及定值的管理、人机接口及串并行通信接口 的控制”。D s P与5 1单片机之间通过双口 R A M进行 数据通信,既保证了数据传输的高速率,又具有较 好的抗干扰性
4、能。在此硬件平台上,可实现电动机 的短路、断线、过载等保护并可实现对断路器动作 的统计和状态监测功能。基于DSP和单片机双CPU结构的微机电动机保护 作者:作者单位: 刊名: 英文刊名: 年卷(期): 被引用次数:翟永昌,黄强,李永丽,李斌天津大学,电力自动化系,天 津,300072 电力自动化设备 ELECTRIC POWER AUTOMATION EQUIPMENT2003, 23(5) 11 次参考文献(3条)L陈德树计算机继电保护原理与技术1992.王维俭电气主设备继电保护原理与应用19972 .何立民单片机应用系统设计1992 相似文献(10条).期刊论文李海兵.盛昌鑫.冯俊基于DS
5、P的电动机保护器的设计与实现-低压电 器 2010,(17)分析了电动机保护与控制的特征及关键技术,介绍了一种基于DSP,集测量、诊 断、保护、控制和总线通信于一体的智能型电动机保护器的设计与实现方法.1 .期刊论文赵冰洁.黄天戍.赵亮.吴少勇.ZHAO Bing-jie.HUANG Tian-shu.ZHAO Liang.WU Shao-yong基于高速DSP的电动机保护智能仪表软件设计-仪表技术 2006, (2)介绍以DSP为核心芯片电动机保护智能仪表中的软件设计,保证智能保护算法的 有效运行.系统在现场已经得到应用.2 .学位论文廖德健基于DSP的空压机运行状态监控系统的开发2003该
6、文介绍了基于DSP的空压机运行状态监控系统的开发,整个系统主要完成空压 机电动机的运行状态监测与智能保护功能.该系统将DSP技术应用于空压机电动 机的保护;解决了传统继电器保护故障率高、弥补了单片微机保护误动率高的缺陷 和不足,满足了电动机保护对智能控制功能、高可靠性的要求.基于DSP的空压机 电动机运行状态监控系统以TMS320-C32芯片为核心数据处理单元,针对 TMS320-C32芯片运算速度快的特点选用能与其速度相匹配的元器件设计制作的 数模转换、外设接口功能模块组成.该系统借助于DSP高速的数据运算、处理能 力以及其编程语言功能强大的优势,使得装置系统软件相对简单,软件各单元实现 模
7、块化,保证了保护算法的有效实现.同时,针对空压机电动机保护装置使用的环境, 在元器件选择、电路设计上以及产品的加工工艺上我们都已经充分考虑到了产品 应用环境的特殊性,使其能够保证空压机长期可靠的运行,提高了整个保护系统的性价比.在这个系统中,考虑到用户很希望通过一台计算机(PC或IPC)就可以得到 所有电动机的运行状态信息以及故障及故障处理信息,甚至希望有远程监控功能. 所以我们设计了通信模块.不管是正常运行的实时数据还是运行故障时的故障数据 及故障历史数据都可以通过通信模块上传给上位监控中心.3 .学位论文仇建喜大型异步电动机保护装置的研制2007大型异步电动机已被广泛应用于电力、冶金、化工
8、、纺织、石油等国民经济的主 要部门。如果电动机发生故障经常波及生产系统,所造成的直接或间接经济损失 非常惨重,所以电动机保护装置的研究与推广对国民经济有着重要意义。近年 来,随着计算机技术的快速发展,以32位数字信号处理器DSP为核心的多功能 化和智能化的电动机微机保护装置已成为今后电动机保护发展的方向。论文在查 阅大量资料的基础上介绍了大型异步电动机保护装置和电动机保护原理的发展现 状,在此基础上,明确了大型异步电动机保护装置的研制方向。硬件平台以32位高性能数字处理器。TMS320F2812和CPLD为核心,完成包括 数据的采集、运算处理、保护逻辑判断、显示界面的刷新、键盘的检测和通信等
9、功能,并且采用了大屏幕的液晶显示器作为人机界面的显示平台,还提供了多种 通信方式接口。根据对称分量法,本文对电动机的故障特征和保护原理进行了详细的分析。并且 从电动机保护现场运行的实际出发,提出了基于数字信号处理器的微机电动机保 护方案:基于先进的数字信号处理理论,配有电流差动、电流速断、正序电流、 负序电流、零序电路、起动时间过长、低电压和热过载等保护。在数字信号处理 算法上,对于测量值的计算采用均方根的办法;并通过加权平滑滤波的方法防止 采样信号有微小的波动而影响计量的精度,尽量减小波动和扰动的影响。而对于 保护数据的处理我们采用的是离散递推傅氏算法,大大减小计算量并且可靠滤除 衰减非周期
10、分量所产生的偏差,其数据窗为N+2,对数据窗的位置没有具体要 求。在软件系统的设计上,采用了模块化的编程思想,每个模块相对独立,完成 某一个特定的功能,便于维护和添加新功能;充分利用高级C语言模块化和DSP 汇编语言简练高效的特点,进行混合编程实现了各个保护、测控功能模块。最后,本文对电动机保护装置在实际工程应用中进行了说明,证明本论文中所研 制的保护装置符合实际的运行要求。4 .期刊论文居慧.符仲恩.申卫华.JU Hui.FU Zhong-en.SHEN Wei-hua基于 F2812DSP的电动机保护测控装置设计-微计算机信息2009,25(8)本文介绍了基于TMS320F2812 DSP
11、处理器的电动机微机保护测控装置的设计.在 分析了电动机保护与监测的重要性的基础上,重点介绍了装置的软硬件设计.由于 采用了 DSP芯片进行开发设计,本装置不仅可以完成电动机综合保护、测量与控 制功能,而且大大提高了电机保护的可靠性与实时性.5 .学位论文张春欣基于DSP平台的异步电动机保护装置的研究与实现2004本文调查分析了国内外异步电动机各种保护方法和各类保护装置的研究发展状况, 结合实际情况,设计并实现了一种结构简单、实用、可靠方便、性价比高的异步电 动机保护装置.该保护装置是基于Motorola的16位数字信号处理器DSP56F807的 微机型电动机保护装置.该装置采用后插拔式结构设计
12、,结构简单,维护方便.该装置 不仅具有齐全保护种类,包括转子接地保护、定子接地保护、电压保护、电流保 护、热过负荷保护等,而且具有四遥,故障录波等辅助功能.通过各种干扰、耐 压、保护功能等实验,证明保护具有很高的可靠性和灵敏度.6 .学位论文单亚娟基于DSP平台的中低压电网设备数字式综合测控保护装置的 研究2003该论文主要研究了基于DSP平台的中低压电网设备的微机综合测控保护装置的开 发,包括保护原理的探讨、装置硬件系统的设计、制作、调试和软件系统的开发、 调试.论文首先在参阅了大量文献资料的基础上,对电力系统中低压设备的保护原 理进行了分析和总结,提出了使各中低压一次设备稳定可靠工作的保护
13、判据.并以 电动机为例,重点分析了使各种保护配置正确动作的条件.其次,对装置硬件结构进 行了系统设计.重点在适应于不同中低压电网设备的模块化、统一化的微机测控保 护装置的硬件结构方面进行了深入的研究和设计,包括中央处理模块、人机接口模 块、A/D转换模块、出口模块、通讯模块、频率和相应测量模块等.论文分析了各 模块的设计和实现的功能并探讨了装置抗干扰能力的改进等一系列问题.再次,讨 论了装置各软件模块的设计:包括主程序模块和中断服务子程序模块.分析了交流 电量采集的要求、特点及各种常规交流采样算法的优缺点及其适用范围,在此基础 上设计并实现了一种基于DSP硬件平台的快速且具有高计算精度微机测控
14、保护算 法.论文还针对设计调试过程中出现的问题,如DSP芯片与LCD模块和通讯模块时 序匹配问题、内存分配、采样和算法优化等问题进行了分析和解决,并在此基础上做出了改进后 的方案.最后,对该论文所开展的工作作了一个总结,并提出了下一步工作方向.7 .期刊论文黄天戍彳余长宝.罗璘基于DSP的电动机保护算法优化-电子质量2003,(6)本文以WSM32000型电动机智能保护装置为模型,探讨基于TMS320C32DSP芯片 下电动机智能保护装置的保护算法优化.文中详细讨论了保护算法中的故障判断依 据、周期的计算方式、故障的诊断流程、整定值的设定.在整定值的设定方法中提 出了模糊整定的初步设想.8 .
15、学位论文赵冰洁电动机保护系统中通信技术的研究与实现2003分布式控制系统(DCS),也称集散控制系统,是相对于集中式控制系统而言的一种新 型计算机控制系统,它是在集中式控制系统的基础上发展来的.该文以电动机保护 系统为例,说明其结构是将DSP应用于DCS,构成小型分布式控制系统.该系统不仅 能对电动机完成数据采集与过程控制功能,而且设计能同监测中心进行实时通讯. 接着,该文阐述保护装置系统整体设计方案一系统分析和总体设计.文中谈到DSP 与INS82C50电气连接的硬件结构、网络拓补结构及通信需求.最后我们设计了通 信模块和配套的上位机监控软件.不管是正常运行的实时数据、出现故障时的故障 数据
16、还是故障历史数据渚R可以通过通信模块上传给监控中心.9 .期刊论文王林虎.王见乐.胡志坚.张承学基于DSP的电动机保护装置-电力自动 化设备 2004,24(8)基于DSP的电动机保护装置在传统装置基础上集成了多种保护措施,增加了针对 大型电动机的差动保护功能.详细介绍了保护装置硬件电路的构成及其特点,采用 可构成真正的多主冗余系统的CAN(Controller Area Network)总线网,同时采用RS- 485 通信网络,以适应不同层次的应用需要.从软、硬件两方面考虑抗干扰措施,采 用自适应速断、过流保护原理,满足运行方式变化剧烈的要求.采用递推傅氏算法 测频,动态跟踪频率变化,实时调
17、整采样率进行定点采样;并采用滤除衰减直流分量 的傅氏算法,提高了数据精度、简化了硬件电路.最后,给出了软件设计框架. 引证文献(11条)1 .张吉卫.王晓红基于CAN总线的单片机与数字信号处理器通信系统设计期刊论 文卜现代电子技术2009(13).颜丙霞数字式电动机保护装置的研制期刊论文卜电工电气2009(6)2 .王洪涛.何方基于CAN总线的网络化微机保护硬件平台的设计期刊论文卜广东 输电与变电技术2009(1).杨宝刚DSP技术及其在煤矿电机控制与保护中的应用期刊论文卜内蒙古石油化 工 2008(9)3 .苏明.李永丽基于数字信号处理器和单片机的微机型电动机保护装置期刊论文卜 电机与控制应
18、用2007(4).刘志成.尹项根.张哲.邵德军并联运行电动机短路故障仿真及保护对策期刊论 文卜电力自动化设备2007(4)4 .衣颖.李永丽基于CAN的电动机群故障监控系统期刊论文-电机与控制应用 2006(3).张东中.佟为明.刘勇.高洪伟基于Device Net现场总线的电动机综合保护测控装 置期刊论文卜电子器件2006(4)5 .佟为明.李中伟.赵志衡基于DSP和单片机双CPU结构的电动机综合保护器期 刊论文-低压电器2005(8).张毅微机线路综合测控保护装置的研究与开发学位论文硕士 20056 .杨军嵌入式系统在高压配电线路自适应微机保护中的应用学位论文硕士2005本文链接:http
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