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CPS控制与保护开关设计

作　者: 王平
导　师: 高龙琴
学　校: 扬州大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: CPS控制与保护开关 STC12C5A48S235 DS3904 全程电流测试
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 33次
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内容摘要


随着国民经济建设的发展,对配电网络、控制系统及电动机的安全可靠运行的要求越来越高,控制与保护开关便是为了顺应这种潮流而于80年代发展起来的一种用于低压配电和控制系统中的新型集成化电器,它集断路器、接触器、起动器、熔断器为一体,实现了传统电器功能组合。控制与保护开关具有体积小、功能全、可靠性高、控制与保护自配合、操作方便等一系列优点,克服了传统多种电器组合所带来的保护特性配合不合理、工作可靠性低等缺陷。目前已开发的控制与保护开关产品需要不同量程的电流互感器来测试电流,成本高,而且操作不方便。本文在传统控制方法的基础上提出了基于程控放大器的全程电流测试方法,实现大量程电流的检测,使其可以对系统进行方便、快捷的保护,并且降低生产成本。本文以单片机STC12C5A48S235为核心进行多功能保护模块的硬件、下位机软件以及远程控制上位机软件的设计。在此之前借助Matlab/Simulink仿真电机工作时的各种故障,为CPS控制与保护开关的故障保护提供参考,并通过在Mutisim11中进行电路仿真,初步验证电路设计的合理性。采用基于RS485现场总线的连接方案,分配了上位机、下位机的功能,确定了上位机与下位机的通信协议。在下位机硬件设计部分采取分模块设计,完成对数据采集及处理模块、远程通信模块、键盘模块、显示模块以及分断模块等硬件部分的设计,然后遵循模块化的程序设计思想进行下位机软件的编写,并描述了如何利用人机交互方式进行参数的设定和数据的读取、分析。通过比较各种数据库以及数据库访问技术,选择ADO操作Access来存储故障信息和相关电压、电流、漏电流数据。实现CPS控制与保护开关远程遥信、遥测、遥控、遥调以及报警/故障查询功能,这些功能将方便用户远程读取多个CPS控制与保护开关的的出厂设置,采集它们的电流、漏电流、电压、故障信息等,而且必要时可以远程分断电路。通过使用程控放大器,微处理器根据电流大小自动调整DS3904的倍数,以减少电流互感器的使用数量,实现低成本,易操作的大量程全程电流测试。最后,模拟各种故障情况对CPS控制与保护开关进行试验。试验结果表明,CPS控制与保护开关在故障发生时保护效果良好,可以实现全程电流保护以及远程控制保护。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-6
目录  6-8
第一章 绪论  8-15
  1.1 控制与保护开关背景  8-10
  1.2 控制与保护开关的发展现状  10-13
  1.3 研究目的和意义  13
  1.4 研究内容以及主要工作  13-15
    1.4.1 研究内容  13-14
    1.4.2 主要工作  14-15
第二章 CPS控制与保护开关功能  15-25
  2.1 概述  15
  2.2 CPS控制与保护开关功能及特点  15-16
  2.3 CPS控制与保护开关主体结构  16-17
    2.3.1 电磁机构  16
    2.3.2 CPS控制与保护开关操作机构  16-17
    2.3.3 CPS控制与保护开关主电路接触组  17
    2.3.4 CPS控制与保护开关的MCU智能控制检测系统  17
  2.4 工作原理  17-18
    2.4.1 CPS控制与保护开关电器的控制原理  17-18
    2.4.2 短路保护  18
    2.4.3 过载及其它保护  18
  2.5 故障仿真及保护  18-25
    2.5.1 电动机故障仿真  18-21
    2.5.2 故障保护  21-25
第三章 CPS控制与保护开关硬件电路设计  25-35
  3.1 控制系统硬件选型  25-28
    3.1.1 MCU选型  26
    3.1.2 传感器的选型  26-27
    3.1.3 程控放大器  27-28
    3.1.4 显示部分  28
  3.2 控制系统硬件电路模块  28-35
    3.2.1 电源模块  28-29
    3.2.2 数据处理模块  29-31
    3.2.3 通信模块  31-32
    3.2.4 程控放大模块  32-33
    3.2.5 显示模块  33
    3.2.6 CPS控制与保护开关控制板  33-35
第四章 CPS控制与保护开关下位机程序设计  35-51
  4.1 编程思想综述  35-36
  4.2 CPS控制与保护开关初始化子程序  36-38
    4.2.1 定时器T0,T1和串口初始化  36
    4.2.2 A/D转换模块初始化  36-38
    4.2.3 重要参数初始化  38
  4.3 CPS控制与保护开关功能模块子程序  38-48
    4.3.1 起动延时保护  38-39
    4.3.2 过流保护  39-41
    4.3.3 欠流保护  41
    4.3.4 漏电保护  41
    4.3.5 三相不平衡(断相)保护  41-42
    4.3.6 过压、欠压保护  42-43
    4.3.7 远程通信  43-46
    4.3.8 故障存储  46-48
  4.4 CPS控制与保护开关按键操作子程序  48-49
  4.5 CPS控制与保护开关键盘操作  49-51
第五章 CPS控制与保护开关监控设计  51-61
  5.1 控制与参数设定  52-54
    5.1.1 CPS控制与保护开关遥信  52-53
    5.1.2 CPS控制与保护开关遥调  53-54
  5.2 实时数据监控  54-55
    5.2.1 CPS控制与保护开关遥测  54-55
  5.3 报警/故障查询  55-61
    5.3.1 CPS控制与保护开关报警/故障查询  56-60
    5.3.2 CPS控制与保护开关遥控  60-61
第六章 CPS控制与保护开关全程电流测试  61-64
第七章 工作总结及期望  64-66
  7.1 工作总结  64-65
  7.2 工作期望  65-66
参考文献  66-70
附录  70-73
  附录1 CPS控制与保护开关上板电气原理图  70-71
  附录2 CPS控制与保护开关下板电气原理图  71-72
  附录3 CPS控制与保护开上下板PCB板  72-73
致谢  73-74
攻读硕士学位期间发表的论文  74-75

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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