基于 CAN 总线的异步电动机保护 

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异步电动机保护及监测的现状

    异步电动机结构简单、成本低廉、它的机械特性能满足大多数生产机械的要求，因此在
轧钢、矿山机械、机床、水泵等工矿行业中广泛使用，且重要程度日益加强。随着保护装置
由机电式向微机型的过渡，保护装置本身的自动化性能也越来越高，但也存在一些不足。
在异步电动机用量最大的工矿企业中，电动机的分布是按照工序的要求而散布在整个厂
区内，且保护装置也是单台独立运行，这使得电动机保护装置的整定和运行管理必须由
操作人员就地进行，在电动机的总数不多的情况下尚可解决，如果数量较大则需耗用大
量的人力和物力。而且各类电动机内部绕组故障，如匝间短路，单相(两相)接地等，一般
是由于环境较差、长期运行不当等原因引起的，起初这类故障的表现往往是局部的，小电
流的，不易监测和发现。即使由人工将各台电动机的运行数据全部采集整理，而随后从大

 

规模的数据处理中得到及时、准确和全面的分析结果也是相当困难的。

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保护及在线监测系统构成

    随着电子技术和网络通信的不断发展，使得自动化装置之间进行数据交换也日益普遍
和重要。目前大多数的自动化装置间采用 RS_232、RS_422、RS_485 等通信方式，这些方式
的低数据传输率和点对点的数据传输标准，以及在最低层上的星型拓扑都不适应工业现
场控制的复杂或大规模应用。如果采用 LAN

 

组件及环型或总线拓扑，其系统造价偏高。

    现场总线(Field Bus)的发展解决了能经受工业现场环境和费用之间的矛盾，尤其是
CAN 总线的出现，其误码率＜10～11，最高速率可高达 1Mbps，通信距离最远可到
10km，通信介质仅为屏蔽双绞线并且稳定可靠。它是一种非常适合工业现场恶劣环境的
通信方式。

    处于工作现场的电动机保护除了电动机实时保护外，还承担着 CAN 网络通信的功能。
因此现在保护装置中采用集成了 CAN 控制器和接口的微处理芯片 87C196CA，可省略专
用的 CAN

 

控制器和接口器件并提高系统的可靠性。

      87C196CA 是 INTEL MCS96 系列的新成员，是 带有集成 CAN2 0

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的 16MHz 16 位

CHMOS 微控制器。它在片内集成有 32KEPROM，1K 的寄存器，256bit 附加 RAM。它支持
高速串行通信协议 CAN2.0，具有 8 字节数据长度的 15 个报文目标，其 TXCAN 和
RXCAN 两个引脚可直接挂在总线上进行通信。在应用程序的编写上，它和 80C196KC 无
大的区别，多数程序都可移植，只需编写相应的 CAN 总线数据通信部分。

    保护单元装置的核心部分即为 87C196CA，它的运算速度快，数据处理能力强，能胜
任 较 复 杂 的 数 据 运 算 。 A/D 变 换 器 采 用 内 带 采 样 保 持 器 的 超 高 速 12 位 A/D 芯 片
MAXIM122。电流、电压信号经 I/V、V/V 中间变换器形成适合计算机处理的电压信号，通
过低通滤波器单元 LP 后接至多路开关，在 CPU 控制下依次将各路信号接入，并 A/D 转
换，再对采入的数据进行计算，将计算结果与设定值比较，决定作出相应的动作。为了尽
量减少占用 87C196CA 的处理时间，将监测用的数据采集到一定数量后，在保护程序的
运行空闲时间内，以原始的采样值通过 CAN

   

网络总线传输到后台机，以供计算和分析 。