基于CAN總線(xiàn)可通信智能電流繼電器的設計

摘要：通過(guò)對一種基于微處理器和CAN總線(xiàn)可通信智能電流繼電器的設計，實(shí)現了傳統的限時(shí)速切繼電保護功能需要電磁式電流繼電器、時(shí)間繼電器和信號繼電器組合在一起才能實(shí)現的功能。在此設計的可通信智能電流繼電器，不僅能夠完成限時(shí)速切功能，還可實(shí)現現場(chǎng)電器與上位機實(shí)現雙向通信功能，可對繼電器的動(dòng)作參數(電流值、時(shí)間值)進(jìn)行顯示、設定和修改，通過(guò)總線(xiàn)系統實(shí)達到遙調、遙控的目的，進(jìn)一步使得繼電器的性能得到提高，滿(mǎn)足電力系統的要求。
關(guān)鍵詞：節點(diǎn)；可通信電器；智能繼電器；CAN總線(xiàn)

0 引言
傳統繼電器檢測和保護功能多由電磁器件完成，其動(dòng)作時(shí)間長(cháng)，保護精度低，已不能滿(mǎn)足現代輸、配電系統自動(dòng)化的需要。智能化低壓電器在國外取得很大進(jìn)展，其強大功能的充分發(fā)揮，必須依賴(lài)于低壓配電與控制系統網(wǎng)絡(luò )化。國外主要低壓電器制造商開(kāi)發(fā)的新一代低壓產(chǎn)品，其技術(shù)特點(diǎn)主要是可通信，能與現場(chǎng)總線(xiàn)連接，這種技術(shù)給低壓電器帶來(lái)革命性的變化，為此對低壓電器提出了可通信要求。因此，能實(shí)現聯(lián)網(wǎng)通信、集中監控的智能化電器越來(lái)越成為需要。其主要特征是在智能化的基礎上具備基于現場(chǎng)總線(xiàn)的可通信特點(diǎn)。
本文研究的電力系統限時(shí)速切繼電器的保護功能，是采用微處理技術(shù)和現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)等設計的可通信的智能化繼電器。在以可通信的智能化電器系統應用中，現場(chǎng)總線(xiàn)是連接智能化現場(chǎng)設備和自動(dòng)化系統的數字式、雙向傳輸和多分支結構的通信網(wǎng)絡(luò )。這里研究的限時(shí)速切繼電器，以CAN總線(xiàn)(Controller Area Network)作為一種支持分布式控制的底層串行通信網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現現場(chǎng)電器與上位機之間的信息傳遞，具有通信實(shí)時(shí)性好、可靠性高、連接使用方便靈活等特點(diǎn)，非常符合國內低壓電器的發(fā)展趨勢。

1 基于CAN總線(xiàn)的可通信智能繼電器總體設計
在采用總線(xiàn)連接微機和微處理器系統構成的現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統中，由微處理器系統構成的下位節點(diǎn)都能夠獨立完成一定功能，還可進(jìn)行直接的參數設定和顯示等，每個(gè)下位節點(diǎn)都可通過(guò)總線(xiàn)將數據傳送給上位PC監控節點(diǎn)或其它相關(guān)的節點(diǎn)，使相互關(guān)聯(lián)的繼電保護裝置之間具有了數據交換的功能，可以協(xié)調工作。
本文設計的限時(shí)速切繼電器，在CAN總線(xiàn)上連接一個(gè)上位監控PC節點(diǎn)和3個(gè)下位智能電流繼電器節點(diǎn)，構建智能繼電器的監控保護系統，系統結構示意如圖1所示。

為了增強通信的可靠性，CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的2個(gè)端點(diǎn)通常要加入終端匹配電阻，阻值的大小由傳輸電纜的特性阻抗所決定。系統設計采用雙絞線(xiàn)連接，特性阻抗為120 Ω，則總線(xiàn)上的2個(gè)端點(diǎn)集成120 Ω的終端電阻即可。

2 基于CAN總線(xiàn)的可通信智能繼電器硬件設計
智能繼電器節點(diǎn)的硬件組成主要包括：主控單元、測控電路(數據采集和轉換、監控存儲電路、按鍵和顯示部分、動(dòng)作信號)、CAN通信接口和電源等部分組成，如圖2所示。

2．1 主控制器
鑒于P87C591強大的80C51性能和A／D轉換及cAN相關(guān)特性，對于我們開(kāi)發(fā)基于CAN總線(xiàn)通信的智能繼電器是非常適合的。因此，系統的主控制器選用功能強大的P87C591單片機，作為主控制器的首選芯片。不但可以滿(mǎn)足數據處理的要求，還可不必外接CAN控制器直接實(shí)現CAN通信功能，大量節省了硬件資源。