基于CAN總線(xiàn)和單總線(xiàn)的在線(xiàn)式防誤閉鎖系統設計

摘要：針對在線(xiàn)式防誤閉鎖系統的特點(diǎn)和目前研究中存在的連接復雜、不易擴展等問(wèn)題，提出了一種基于CAN總線(xiàn)和單總線(xiàn)的在線(xiàn)式防誤閉鎖系統新方案，并在可行性分析的基礎上，給出了具體的設計方法。

關(guān)鍵詞：CAN總線(xiàn)；單總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )；智能電磁鎖；防誤閉鎖

0 引言

變電站在線(xiàn)式五防系統是充分利用變電站自動(dòng)化系統的全站監控功能，通過(guò)集成在自動(dòng)化系統后臺軟件中的五防模塊和測控裝置中的間隔五防模塊，來(lái)對電氣操作防誤閉鎖進(jìn)行實(shí)時(shí)判斷，以便在滿(mǎn)足防誤閉鎖操作條件時(shí)，使電氣設備開(kāi)放操作的一套防誤閉鎖系統。本系統取消了電腦鑰匙和機械鎖具，可實(shí)現操作票的逐項開(kāi)放和閉鎖。

在線(xiàn)式五防系統充分利用已完成綜自改造的變電站可全站監控的特點(diǎn)，多數的開(kāi)關(guān)和刀閘的狀態(tài)可在線(xiàn)監控，但在實(shí)際的五防改造過(guò)程中，仍存在一定的問(wèn)題。如有少量變電站未實(shí)現刀閘電動(dòng)操作和接地樁的監測等，實(shí)際上，對于這些手動(dòng)操作設備，可以使用電磁鎖來(lái)實(shí)現狀態(tài)監測。通過(guò)在電磁鎖回路中串接五防節點(diǎn)，這樣，用后臺監控機就可以控制電磁鎖是否可以打開(kāi)。

一般而言，一個(gè)間隔大約需要配置這佯的電磁鎖3～7把，每把電磁鎖所實(shí)現的功能可能需要多個(gè)開(kāi)入開(kāi)出量，這樣，一個(gè)間隔的開(kāi)入信號和開(kāi)出信號大約有十幾個(gè)到幾十個(gè)。如果每個(gè)信號都通過(guò)單獨的兩條電纜傳遞，則間隔內將需要布置大量的電纜，系統實(shí)現的難度較大，很難得到廣泛應用。本文針對這一問(wèn)題，提出了一種智能電磁鎖解決方案。

1 智能電磁鎖

本文設計的這種智能化電磁鎖，可將開(kāi)入開(kāi)出信息在電磁鎖內轉化成某一類(lèi)信號，然后再通過(guò)共用的通訊電纜傳遞到控制器，從而使電纜數量減少到原來(lái)一把電磁鎖所需要的數量。

單總線(xiàn)技術(shù)的提出使得這一想法的實(shí)現成為可能。單總線(xiàn)技術(shù)足MAXIM全資子公司DALLAS公司開(kāi)發(fā)的一種專(zhuān)利技術(shù)，該技術(shù)通過(guò)一根線(xiàn)解決了地址、數據、控制和供電等問(wèn)題，從而降低了系統成本并簡(jiǎn)化了設計。單總線(xiàn)器件可按照串行協(xié)議進(jìn)行供電和數據通信，能夠為系統增添特定功能，大大簡(jiǎn)化了系統的連接方式。單總線(xiàn)技術(shù)的主要特點(diǎn)如下：

(1)只需一根信號線(xiàn)和一根地線(xiàn)就可實(shí)現數據、地址、控制信號和電源的傳輸，接線(xiàn)非常簡(jiǎn)單；

(2)每條單總線(xiàn)上可以連接一個(gè)單總線(xiàn)器件，也可以同時(shí)連接幾十個(gè)單總線(xiàn)器件來(lái)組成單總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )；

(3)每個(gè)單總線(xiàn)器件都有唯一的64位光刻ROM碼，可以從網(wǎng)絡(luò )上選出特定器件進(jìn)行操作；

(4)單總線(xiàn)芯片接口可提供額外的ESD保護，而且遠程通訊時(shí)，具有較高的抗干擾性能。

單總線(xiàn)技術(shù)將通訊、信號的輸入輸出及控制等功能集中到了一個(gè)芯片內。采用單總線(xiàn)芯片來(lái)設計電磁鎖，不僅能很好地實(shí)現上述功能，而且電磁鎖的復雜度增加不大，并能較好地控制設備成本，可以說(shuō)是電磁鎖智能解決方案的首選。一般情況下，智能電磁鎖的設計思路具有以下幾種：

第一，在線(xiàn)式五防要求取消傳統的五防電惱鑰匙，而電磁鎖不受任何電腦鑰匙的控制。其解決方案是在智能電磁鎖的控制回路中串入由監控后臺控制的五防節點(diǎn)，因此，電磁鎖解鎖必須首先滿(mǎn)足五防邏輯，然后在其控制回路中再串入一個(gè)由鎖具本體的按鈕控制的節點(diǎn)。只有當操作滿(mǎn)足五防邏輯且五防節點(diǎn)閉合后，由運行人員按下鎖具本體按鈕，鎖具才能開(kāi)。

第二，使用智能電磁鎖的狀態(tài)來(lái)反應手動(dòng)設備的狀態(tài)。

如接地樁所配的電磁鎖有兩個(gè)狀態(tài)，1代表所監控設備為合位，0代表所監控設備為分位。

第二，電磁鎖與后臺監控機可以實(shí)時(shí)通訊，以便將設備的實(shí)時(shí)信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò )傳給監控機，同時(shí)也可以按照監控機的命令開(kāi)放或閉鎖設備。

以間隔為單位設置五防控制器，由五防控制器負責與后臺監控機的通訊，向其傳送電磁鎖的實(shí)時(shí)數據并接收監控機的命令。間隔內的電磁鎖串接于一根單總線(xiàn)上，五防控制器通過(guò)單總線(xiàn)讀取間隔內電磁鎖狀態(tài)或向電磁鎖發(fā)送監控機下達的命令。圖1所示是采用單總線(xiàn)技術(shù)前間隔內的接線(xiàn)圖，圖2所示則是采用單總線(xiàn)技術(shù)后的間隔內接線(xiàn)圖。

2 間隔控制器與監控機的連接

由于現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)在減少系統線(xiàn)纜，簡(jiǎn)化系統安裝、維護和管理，降低系統投資和運行成本，增強系統性能等方面具有很大的優(yōu)越性，間隔內的控制器與監控機的連接可選用現場(chǎng)總線(xiàn)。

目前，工控領(lǐng)域己發(fā)展出多種現場(chǎng)總線(xiàn)，各現場(chǎng)總線(xiàn)標準也有較大差別，其用途也不盡相同，主要有基金會(huì )現場(chǎng)總線(xiàn)、CAN總線(xiàn)、Lon Works總線(xiàn)和HART總線(xiàn)。

通過(guò)對以上幾種總線(xiàn)的比較可以發(fā)現，LonWorks比較適用于一些大型的，對響應時(shí)間要求不太高的分布式控制系統，比如智能大廈控制系統；而HART總線(xiàn)是一種模擬和數字信號混合的總線(xiàn)，是一種過(guò)渡型總線(xiàn)，多用于一些4～20 mA的舊式儀表的連接：而基金會(huì )現場(chǎng)總線(xiàn)在對距離和實(shí)時(shí)性的滿(mǎn)足上不夠；CAN總線(xiàn)則能適用小型的，實(shí)時(shí)性要求比較高的系統。

防誤操作閉鎖系統中，一般有幾十個(gè)節點(diǎn)，而且對傳輸距離和實(shí)時(shí)性要求都較高，采用CAN總線(xiàn)完全可以滿(mǎn)足規模上的要求，并且可以將CAN總線(xiàn)實(shí)時(shí)性強的特點(diǎn)充分發(fā)揮出來(lái)。因此，本系統采用CAN總線(xiàn)作為網(wǎng)絡(luò )通訊方式。