基于CAN总线的电动机保护装置的设计

2.1 系统总体软件设计
本系统软件设计采用的是模块化设计，分为三个部分：初始化模块、系统控制模块和通信模块。初始化模块主要完成DSP系统、外设部件，以及系统管理方式的初始化等。由于电机保护系统是实时性要求严格的系统，因而采用主程序模块和中断子程序模块相结合的方法。中断子程序主要由保护模块和通信模块组成。主程序流程图以及保护模块流程图如图3所示。

2.2 各相电流、电压幅值算法
由于56F807芯片具有以下优点：在一个指令周期内可以完成一次加法和一次乘法，程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据、支持流水线操作，使取址、译码和执行等操作可以重叠进行。另外其主频极高，可以为在设计中采用复杂、精确的保护算法提供时间保证。故求取电流与电压的幅值均采用付氏滤波算法。先求出付氏正、余弦系数，再用平方、开方公式算出幅值。设输入电量为：

由(6)式对幅值的计算中有两次平方和一次开方，计算量比较大，所以选用有着强大计算功能的DSP，可以不用考虑时间问题而保证幅值的精确性，从而保证了保护的可靠性。

2.3 负序电流算法的选择
负序电流作为电机保护中一种判据，在判断是否有不对称故障和不对称故障的类型时，有着非常重要的作用。由于选用的DSP有着非常强大的处理数据的能力，可以考虑用软件计算的方法替代硬件逻辑的方法，不仅可能减少硬件的连接，而且能够提高整个保护的可靠性和精确性。


由(8)式可以看出，负序电流的瞬时值于A相第k点采样，B相第k和第k-4点采样值以及C相的第k-4点采样值有关，利用电流幅值计算公式就可以精确计算出负序电流的幅值。

2.4CAN通讯模块
在各种现场总线中，CAN总线不仅具有突出的可靠性、实时性和灵活性。而且还具备很多其他总线不具备的特点：
(1)由报文标识符(11 bit或者29 bit)确定的总线访问优先级；
(2)采用非破坏性总线仲裁技术,当两个节点同时向总线发送信息时,优先级较低的节点会主动退出发送，优先级较高的节点可以不受影响；
(3)采用的是短帧结构，传输时间短，受干扰概率低，具有良好的检错效果，而且CAN的每帧信息都有CRC校验，保证了极低的数据出错率；
(4)在CAN节点严重错误的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响；
(5)CAN只需通过报文滤波即可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式传送接收数据。
每个发送缓冲区都有14 B的寄存器结构。这个寄存器结构包括数据帧的标识符、等待发送的数据、发送数据帧的长度和发送缓冲优先级寄存器。

2.5 CRC校验在56F807中的算法实现
　 为了能够将信息可靠快速的及时的传给对方，考虑传输距离、现场状况、干扰等诸多因素的影响，一般在通信时采用数据校验的方法。循环冗余码校验就是常见的校验方法之一。

循环冗余校验码CRC(Cyclic Redundancy Check Code)是线性分组码的分支，是一种检错能力很强的循环码。循环冗余校验对传送数据作错误检测(Error Detecting)是利用除法及余数的原理。编码和解码方法简单，容易实现，检错能力强，误判概率几乎为零，而且这种方法取得校验码的方式具有很强的信息覆盖能力，是一种效率极高的错误校验法。校验基本原理如图4所示。

　　CRC生产多项式G(x)由协议规定，目前已有多种生产多项式列入国际标准中，例如：
　　CRC-12 G(x)=x12+x11+x3+x2+x+1
　　CRC-16 G(x)=x16+x15+x2+1等，在本次设计中选用的是CRC-16。
CRC的编解码用到模2的多项式除法，而多项式除法可以采用带反馈的移位寄存器来实现，因此，用DSP来实现CRC编解码的关键是通过DSP来模拟一个移位寄存器(也就是模拟手写多项式除法)。考虑到56F800系列DSP的累加器A和B均为32 bit，因此，可以用一个32 bit累加器A作为移位寄存器。在CRC的编码和解码中均涉及到码的移位和异或操作,这可以通过56F800系列的LSR、LSL(逻辑移位)和EOR(逻辑异或)两条指令来实现。CRC校验的流程图如图5所示。

本设计是利用DSP56F807芯片强大的功能，配以外围功能模块，实现对电动机的电流、电压信号的整流、滤波并转换为直流信号，送到DSP的A/D口经过保护算法,判断是否动作、故障处理以及参数设置、液晶显示，并且通过现场总线对网内所有的电动机进行状态实时监测、运行控制、数据处理以及参数调整，其功能是以前的简单数字保护装置无法相比的。通过对设计成的保护装置样机进行调试和分析表明，保护动作正常，其他相关保护测试都满足相关要求，初步验证了系统硬件部分和软件部分设计的正确性。