【正文】 .................................... 21 中央處理模塊 ............................................ 21 STC90C58AD 單片機的主要特點 ......................... 21 處理模塊電路設(shè)計 .................................... 22 鍵盤、顯示模塊 .......................................... 23 鍵盤設(shè)計 ............................................ 23 顯示設(shè)計 ............................................ 24 2021 屆 測控技術(shù)與儀器專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 電源模塊 ................................................ 26 數(shù)據(jù)采集模塊 ............................................ 27 報警和保護動作執(zhí)行模塊 .................................. 28 通信模塊 ................................................ 29 本章小結(jié) ................................................ 30 第 4章 電動機保護器系統(tǒng)軟件設(shè)計 ........................... 31 程序設(shè)計語言選擇 ........................................ 31 保護器軟件系統(tǒng)整體設(shè)計 .................................. 32 保護器主程序設(shè)計 ........................................ 33 鍵盤子程序設(shè)計 .......................................... 35 顯示子程序設(shè)計 .......................................... 36 定時器及數(shù)據(jù)采集子程序設(shè)計 .............................. 37 參數(shù)調(diào)整子程序設(shè)計 ...................................... 38 故障處理子程序設(shè)計 ...................................... 41 系統(tǒng)菜單式操作界面設(shè)計 .................................. 41 第 5章 電動機保護器實驗及可靠性驗證 ....................... 42 電 動機保護器測量精度測試實驗 ............................ 42 電動機保護器過流保護實驗（分段保護） .................... 42 電動機保護器電壓保護實驗 ................................ 43 電動機保護器輕載保護實驗 ................................ 44 電動機保護器實驗總結(jié) .................................... 44 第 6章 總結(jié)及展望 ........................................ 45 參考文獻 ................................................ 46 致謝 .................................................... 47 2021 屆 測控技術(shù)與儀器專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 第 1 章 緒論 電動機保護器研究 的背景及意義 在重要的工礦企業(yè)中， ，得到了廣泛應(yīng)運。本文的主要研究內(nèi)容概括如下。 1． 分析了電動機運行的基本原理、電動機故障特征以及保護原理。 供電系統(tǒng) 70％的電能是通過電動機消耗的。 因此，無論從安全的角度還是從經(jīng)濟的角度來看，電動機保護器的研究有著深遠的意義。正因為如此，這 種傳統(tǒng)的電動機保護方法正在被逐步淘汰，新設(shè)備上已基本看不到它的身影。 b. 無法實現(xiàn)參數(shù)存儲、通信等功能?；谥悄苄涂刂破鞯碾妱訖C保護器與前兩種保護方式相比具有先天的優(yōu)勢。它們活躍在我們生活的各個領(lǐng)域，大到大型設(shè)備、航空航天設(shè)備，小至手機、家電等等都可以找到它們的身影。 （ 4） 通過實驗對裝置的可靠性進行驗證。 2021 屆 測控技術(shù)與儀器專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 第 2 章 電動機保護原理 異步電動機 的運行原理 交流電機分為異步電動機和同步電動機，其中異步電動機，即感應(yīng)電機，由于其結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、運行可靠、價格低廉，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)交通運輸?shù)阮I(lǐng)域的主要動力設(shè)備。 造成繞組損壞的主要原因有： (1)在長時間的電、熱、機械和化學(xué)作用下，繞組的絕緣老化損壞，定轉(zhuǎn)子繞組匝間短路或是對地短路。不對稱故障主要有斷相、三相不平衡、單相接地、相問短路等，不對稱故障在故障早期沒有特別明顯的過電流或過熱表現(xiàn)，但若不及時查找故障原因排除故障則可能造成嚴重后果。 根據(jù)三相對稱分量法的理論，三個不對稱的向量可以唯一分解成三組對稱的向量：正序分量，負序分量和零序分量。 電動機故障特征分析及保護判據(jù) 短路故障特征分析及保護判據(jù) 電動機的短路故障是比較嚴重的一種故障，危害性很大．短路故障包括定予繞組的相間短路和一相繞組匝間短路。因此在檢測到電動機處于堵轉(zhuǎn)故障時，保護系統(tǒng)應(yīng)及時動作，保證電動機不因堵轉(zhuǎn)而燒壞． 堵轉(zhuǎn)保護信號可取自于電動機線電流，當(dāng)線電流超過堵轉(zhuǎn)電流整定值，并達到整定時限時，立即進行斷電保護。正 序電流產(chǎn)生正向轉(zhuǎn)矩，負序電流產(chǎn)生反向制動轉(zhuǎn)矩，零序電流增加損耗 。通常有以下方法： (1)對于前兩種情況 可以通過在一定時限內(nèi)檢測電動機線電流是否為零的方法來 實現(xiàn)，即對某相電流一個周波內(nèi)連續(xù)采樣 n點的瞬時值均為零，或通過計算某相電流的有效值為零，則為斷相故障； (2)對于第 ③ 種斷相故障，可以通過檢測不對稱電流計算出正序、負序、零序電流 。電動機過載運行主要由以下幾種原因造成： (1)負荷增加： (2)機械設(shè)備故障或未安裝好； (3)電動機本身機械故障；(4)電動機容量選擇偏小； (5)電動機修理時繞組線徑選擇偏小； (6)雙機拖動負荷分配不均； (7)電動機端電壓過低等 。 C? )； G—— 定子物體的質(zhì)量 (kg)； ? —— 散熱系數(shù)，即每平方米表面．每度溫差、每秒時間內(nèi)所散發(fā)的熱量焦耳數(shù) (W／ 2m b．電動機反時限過載保護特性 對式 ()中的指數(shù)項進行泰勒級數(shù)展開，取前兩項可得 ： 2021 屆 測控技術(shù)與儀器專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 tCGSe tCGS ?? ??1 （ ） 將式（ ）代入式（ ）并整理可得 11)/(t 222e ???? ? TII T () 式中： eII/?? 稱為電動機的過載倍數(shù) rICGT e2??為一常數(shù)，若電動機的最大容許溫升為 max? ，則式（ ）為 11 c．電動機反時限過載保護的實現(xiàn) 對于圖 4所表示的連續(xù)的反時限過載保護特性，可以通 過取有限個有代表性的特征點來實現(xiàn)，即對電動機過載區(qū)間劃分為若干個子過載區(qū)間，對于每一個子過載區(qū)間采用定時限的保護方法來實現(xiàn)，如表 示。對電源電壓短時降低或短時中斷后又恢復(fù)需要自動起動的重要電動機，不裝設(shè)低壓保護。包括： 短路故障 、 堵轉(zhuǎn)故障 、 斷相故障 、 過載故障 、 欠壓和過壓故障特征分析及保護判據(jù) 。 (1) 抗高溫、低溫能力強。 保護裝置硬件設(shè)計綜述 電動機保護的功能最終是通過硬件來實現(xiàn)的，硬件系統(tǒng)性能的優(yōu)劣直接影響到保護器的性能指標(biāo)。給微處理器提供標(biāo)準(zhǔn) 5V電源，給其它模塊提供合適電平的電源。 STC90C58AD單片機是宏晶科技生產(chǎn) 的 高速／低功耗／超強抗干擾的新一代 8051單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051單片機 ，但速度快 8～ 12倍，內(nèi)部集成 MAX810專用復(fù)位電路。 確定矩陣式鍵盤上何鍵被按下運用“ 行掃描法”。 鍵盤的設(shè)計電路如圖 ： 2021 屆 測控技術(shù)與儀器專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 圖 鍵盤設(shè)計電路 顯示設(shè)計 本裝置中人機接口的顯示采用點陣式液晶顯示模塊， 帶中文字庫圖形液晶模塊 12864 控制器 7920，帶中文字庫的圖形點陣液晶模塊 克服了以往裝置采用數(shù)碼管顯示器存在的顯示功能少，不美觀和功耗高等缺點。若注意器件防潮、防壓、防止劃傷、防止紫外線照射、防靜電等，同時注意使用溫度， LCD可以使用很長一段時間。不帶背光源的 LCD顯示是靠背面的反射膜將射入的自然光從下面反射出來完成；帶背光源的 LCD顯示器內(nèi)部集成光源，可以在較差的光線條件下實現(xiàn)顯示。圖 ，其余兩路相同。 圖 報警和保護動作執(zhí)行模塊 本裝置為電動機故障提供蜂嗚器發(fā)聲報警，報警電路如圖 。接收器典型的工作電平在 +3~+12V 與 3~12V。 (3)提供簡便快速的整定值設(shè)定方法，時間校準(zhǔn)方法。 程序設(shè)計語言選擇 電動機智能保護器的軟件是一種實時功能處理軟件。 匯編語言具有程序代碼短小精悍，程序效率高等優(yōu)點。系統(tǒng)程序根據(jù)中斷處理任務(wù)的重要性，給中斷處理程序賦予不同的優(yōu)先級，高優(yōu)2021 屆 測控技術(shù)與儀器專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 33 先級的中斷可以暫停低優(yōu)先級的中斷處理程序，使 CPU轉(zhuǎn)而執(zhí)行高優(yōu)先級的中斷處理程序 。上電復(fù)位后，單片機將復(fù)位向量裝載到程序地址寄存器，然后 CPU就從復(fù)位向量處開始執(zhí)行程序。 2021 屆 測控技術(shù)與儀器專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 34 主程序流程圖如圖 ： 主程序 系統(tǒng)初始化 參數(shù)調(diào)整？ 調(diào)用參數(shù)調(diào)整子程序 調(diào)用電壓、電流以及溫度保護 判斷子程序 輸出保護動作？ 調(diào)用保護動作子程序 掃描鍵盤、刷新顯示 N Y N Y 2021 屆 測控技術(shù)與儀器專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 35 圖 主流程圖 鍵盤子程序設(shè)計 鍵盤中斷服務(wù)程序由外部中斷輸入引腳 EXINT觸發(fā)，當(dāng)有按鍵按下時，CPU響應(yīng) EXINT外部中斷，轉(zhuǎn)入鍵盤中斷服務(wù)程序。 開關(guān)量的數(shù)據(jù)采集直接從 FO口讀取邏輯電平值即可。 圖 開始 清除中斷標(biāo)志 讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果 軟件濾波處理 讀取開關(guān)量輸入信號 結(jié)束 2021 屆 測控技術(shù)與儀器專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 38 參數(shù)調(diào)整子程序設(shè)計 本電動機智能保護器的保護功能面向的是交流電機，對于不同型號的交流電機，各自的工作電壓、電流、額定功率、額定溫升都有不同，為使保護器能夠適用于各種不同的情況在程序設(shè)計時添加了參數(shù)調(diào)整子程序，在保護器投入使用之前根據(jù)不同的電動機型號及類型進行必要的參數(shù)設(shè)置，這樣就可以使保 護器的使用更加靈活，擴大了適用范圍。因此，需要在主循環(huán)內(nèi)不斷刷新顯示。如果需要調(diào)整參數(shù)則進入?yún)?shù)調(diào)整子程序，進行各種參數(shù)的設(shè)置；最后程序進入主循環(huán)。液晶顯示模塊負責(zé)電量顯示、裝置信息顯示、整定值和控制值顯示；鍵盤檢測子程序主要檢測按鍵狀態(tài)與 鍵值處理子程序相配合完成系統(tǒng)運行參數(shù)的設(shè)置。 為達到設(shè)計要求并充分利用單片機的資源和性能， 課題的軟件設(shè)計采用 C語言與匯編語言混合編程。電動機智能保護裝置與傳統(tǒng)的保護方式的主要區(qū)別是可通過軟件編程去控制硬件執(zhí)行來實現(xiàn)保2021 屆 測控技術(shù)與儀器專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 32 護功能。 由于保護裝置擔(dān)負著保證電動機安全穩(wěn)定運行的重大使命，它時刻處于工作狀態(tài)，且必須能夠準(zhǔn)確地完成保護動作，所以微機保護的軟件可靠性是對軟件開發(fā)的最主要的要求。所以 RS232 適合本地設(shè)備之間的通信。 當(dāng)電動機發(fā)生故障時需要一個急停的保護動作， 圖 作執(zhí)行保護電路。利用運放 1的高輸入阻抗，來抑制負載對采樣精度的2021 屆 測控技術(shù)與儀器專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 影響。 綜合考慮顯示效果、顯示信息量以及價格等因素，并參考了其它設(shè)計案例，最終決定選用 LCD12864液晶顯示器。人眼所感受的外部信息的 90％以上是外部物體對光的反射，而不是物體 本身發(fā)光，所以被動顯示更適合人的視覺習(xí)慣，更不容易引起疲勞。當(dāng)光線通過兩個偏振片和液晶盒后，能沿原路經(jīng)反射極返回，此時液晶盒呈透明狀態(tài)；當(dāng)液晶盒的電極上加一定的電壓后，電極連接部分的液晶就失去旋光性，導(dǎo)致不能通過兩個偏振片，從而顯示黑色。只要有一列