基于CAN總線(xiàn)的智能饋線(xiàn)終端的研究

1 前言
隨著(zhù)國民經(jīng)濟的發(fā)展，電力用戶(hù)對供電質(zhì)量和供電可靠性的要求越來(lái)越高，實(shí)現配電自動(dòng)化是配電系統提高供電可靠性的最有效手段。在配電自動(dòng)化系統中，饋線(xiàn)自動(dòng)化是配電自動(dòng)化系統的基礎。而作為饋線(xiàn)自動(dòng)化系統中核心設備的饋線(xiàn)終端則成為配電自動(dòng)化系統成功實(shí)施的關(guān)鍵。
饋線(xiàn)終端簡(jiǎn)稱(chēng)FTU(Feeder Terminal Unit)，它主要用來(lái)監控柱上負荷開(kāi)關(guān)，重合器等一次設備。向配電主站/子站提供配電系統運行工況和提供各種參數：包括開(kāi)關(guān)狀態(tài)，電能參數，相間和接地故障及故障時(shí)的參數信息，并執行配電主站/子站對配電設備的控制及調節指令。
CAN總線(xiàn)作為具有國際標準，主要為工業(yè)現場(chǎng)設計的開(kāi)放式總線(xiàn)，具有可靠性高，實(shí)時(shí)性強，組網(wǎng)靈活，成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。在饋線(xiàn)自動(dòng)化系統中采用CAN總線(xiàn)通信方式，有著(zhù)廣闊的前景。之所以采用CAN總線(xiàn)，這主要是由饋電自動(dòng)化通信特點(diǎn)和性能要求所決定的。在饋線(xiàn)自動(dòng)化系統中，饋線(xiàn)終端節點(diǎn)數量大，通信節點(diǎn)分散，通信距離短和數據量小，且工作環(huán)境比較惡劣；這就要求通信網(wǎng)絡(luò )拓撲靈活，變更方便，能容納各種不同的通信介質(zhì)，易于構成大型網(wǎng)絡(luò )，從而便于網(wǎng)絡(luò )管理；同時(shí)要求網(wǎng)絡(luò )通信具有較高的可靠性與實(shí)時(shí)性。主要用于低層設備通信的CAN總線(xiàn)完全可以適用于這一場(chǎng)合。
本文所介紹的饋線(xiàn)終端主要用于鐵路道口，完成對用于給鐵路道口信號燈供電的饋電線(xiàn)路的監控。整個(gè)系統的結構如圖1所示。依照CAN總線(xiàn)的特點(diǎn)，我們將配電子站和各個(gè)FTU均作為總線(xiàn)上的一個(gè)節點(diǎn)通過(guò)屏蔽雙絞線(xiàn)連接成一個(gè)總線(xiàn)型的局域網(wǎng)。饋線(xiàn)終端的工作原理是在正常運行狀態(tài)下，FTU監測饋電線(xiàn)路的運行參數，通過(guò)CAN總線(xiàn)向配電子站上傳各種運行參數；接收配電子站的命令，實(shí)現線(xiàn)路開(kāi)關(guān)的遠方合閘和分閘操作以?xún)?yōu)化配網(wǎng)。而當線(xiàn)路發(fā)生故障時(shí)，FTU及時(shí)向配電子站發(fā)送報警信號。配電子站在接收報警信號后，對相應故障現象進(jìn)行判斷，隔離饋線(xiàn)故障區段以及恢復對非故障區域的供電，從而達到減小停電面積和縮短停電時(shí)間的目的。饋線(xiàn)終端可依照配電子站的請求，工作在實(shí)時(shí)檢測和監控兩種工

作狀態(tài)：在實(shí)時(shí)檢測的工作狀態(tài)下饋線(xiàn)終端實(shí)時(shí)向配電子站發(fā)送饋電線(xiàn)路的運行參數；而工作在監控狀態(tài)下的饋線(xiàn)終端定時(shí)向配電子站發(fā)送相關(guān)參數。該FTU除了具有傳統的三遙功能外，還具有故障錄波、越限主動(dòng)報警、SOE（事件順序記錄）等功能。
2 智能饋線(xiàn)終端的硬件結構設計
本文所介紹的FTU是一個(gè)基于SOC型單片機設計的全數字控制單元。整個(gè)裝置分為主控部分，模擬電信號量采集和調理部分，開(kāi)關(guān)量輸入輸出控制部分，CAN總線(xiàn)通信部分，液晶顯示人機接口部分等模塊。其原理框圖如圖2所示。

圖2
主控部分[2]
主控部分采用C8051F040（以下簡(jiǎn)稱(chēng)F040）單片機，F040單片機是CYGNAL公司推出的完全集成的混合信號片上系統型微控制器。它在一塊芯片上集成了構成一個(gè)單片機數據采集所需的幾乎所有模擬和數字外設及其它功能部件，同時(shí)，它的運行速度也較普通的單片機有了極大的提高，由于采用了流水線(xiàn)技術(shù)，它的速度可達到普通單片機的10倍,用戶(hù)可根據實(shí)際的需要通過(guò)對片內相應寄存器及交叉開(kāi)關(guān)的簡(jiǎn)單配置即可構建出一個(gè)完整的測控系統，為設計小體積、低功耗、低成本、高可靠性、高性能的單片機應用系統提供了很大的方便。

模擬信號采集與調理部分
電網(wǎng)中的電網(wǎng)電壓和負載電流首先經(jīng)過(guò)現場(chǎng)一次PT和CT變換成為0-100V和0-5A的交流電量，然后再經(jīng)過(guò)特制的二次PT和CT變換成為0-5V的電壓信號，接著(zhù)通過(guò)調理電路調理成ADC可接受的測量范圍，調理后的交流信號通過(guò)一級電壓跟隨和二階有源低通濾波器，以消除高次諧波和噪聲信號送入ADC進(jìn)行測量。鐵路應用的場(chǎng)合需要對兩回線(xiàn)（貫通和自閉）的三相電壓和三相電流進(jìn)行同時(shí)進(jìn)行測量，共需12路交流通道，為保證交流電壓電流信號的同時(shí)采樣，提高采樣精度，我們選用MAXIAM(美信)公司生產(chǎn)的兩片MAX125來(lái)完成此項工作。