CAN總線(xiàn)在自動(dòng)化系統中的應用

1.前言

　　隨著(zhù)微機和電子技術(shù)的飛速發(fā)展，越來(lái)越多的智能裝置在變電所中得到應用，極大地提高了變電所測量和控制系統的自動(dòng)化水平。變電所強電磁干擾的工作場(chǎng)所，對自動(dòng)化設備尤其是對其中涉及到的通信網(wǎng)絡(luò )的抗干擾能力提出了很高的要求。根據變電所中開(kāi)關(guān)設備和互感器的安裝方式、環(huán)境以及對系統自動(dòng)化程度的不同要求，整座變電所的測量控制系統一般采用集中與分散結合的方式構成，控制既可以做到集中控制(在主控制室中的集中控制臺或屏上進(jìn)行)，也可對各開(kāi)關(guān)進(jìn)行分散控制(由安裝在開(kāi)關(guān)設備跟前的控制箱完成)。
　　
　　變電所自動(dòng)化系統主要由各種開(kāi)關(guān)的智能控制單元、電氣參數測量單元和繼電保護裝置構成，在這些智能化設備之間存在著(zhù)信息交換的需要，同時(shí)整個(gè)變電所自動(dòng)化系統還要與調度中心進(jìn)行信息交換。通信網(wǎng)絡(luò )在變電所測控自動(dòng)化系統中擔當著(zhù)及時(shí)準確地傳送控制命令、及時(shí)反饋回控制結果、變電所電氣參數和設備各種狀態(tài)的任務(wù)，其重要性不言而喻。本文通過(guò)一個(gè)實(shí)際應用例子，討論把CAN總線(xiàn)應用于分布式變電所自動(dòng)化系統中方案的確定、軟硬件設計中注意的相關(guān)問(wèn)題。
　　
2變電所測控自動(dòng)化系統的常用通信模式
　　
　　2.1并行通信
　　
　　并行通信模式多用于各種智能化儀器與微機之間的通訊，具有數據吞吐能力強的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，系統造價(jià)、長(cháng)距離通信時(shí)抗干擾能力是制約其廣泛應用于變電所自動(dòng)化系統的主要原因之一。這種通信方式在變電所中，主要應用在報表打印方面。
　　
　　2.2串行通信
　　
　　RS232，CCITTV．24，V．11等通信標準在計算機數據傳輸領(lǐng)域內被長(cháng)期而廣泛地應用，較低的價(jià)格、較高抗干擾能力是他們的優(yōu)點(diǎn)，但較低的通信速率和點(diǎn)對點(diǎn)傳輸方式成為制約他們廣泛應用于變電所自動(dòng)化系統通信網(wǎng)絡(luò )的主要原因之一。RS232在變電所的各種測量、控制和保護裝置上應用較多。
　　
　　2.3現場(chǎng)總線(xiàn)
　　
　　分布式變電所自動(dòng)化系統是由測量、控制和保護等智能單元構成的一個(gè)有機整體，在整個(gè)變電所中分散安裝有針對以上特點(diǎn)，在最低層次上設計出的一種造價(jià)低廉、通信吞吐能力較強而又能有效抵御現場(chǎng)環(huán)境電磁干擾的通信系統。
　　
　　現場(chǎng)總線(xiàn)由于在抗干擾能力、造價(jià)等方面的優(yōu)點(diǎn)，成為自動(dòng)化系統中網(wǎng)絡(luò )構成的重要選擇對象，現場(chǎng)總線(xiàn)有很多種，各有長(cháng)處，根據變電所自動(dòng)化系統的實(shí)際情況，在應用中選擇了控制器局域網(wǎng)。
　　
　　控制器局域網(wǎng)是一種支持分布式實(shí)時(shí)控制系統的通信網(wǎng)絡(luò )，屬于現場(chǎng)總線(xiàn)的一種。CAN總線(xiàn)是一種多主(或無(wú)主)總線(xiàn)，總線(xiàn)上各節點(diǎn)均處于平等地位，該總線(xiàn)的一個(gè)顯著(zhù)特點(diǎn)是無(wú)破壞性信息傳輸，最高通信速率可以達到1Mb/s，每次發(fā)送報文長(cháng)度8B，超過(guò)8B長(cháng)度的報文必須進(jìn)行分割和拼接處理。
　　
3.CAN總線(xiàn)應用方案的確定、硬件設計中的注意事項
　　
　　目前變電所許多測量、控制和保護裝置多數帶有串行通信接口，在硬件平臺和應用軟件方面的開(kāi)發(fā)趨于成熟，采用何種通信網(wǎng)絡(luò )，就不能不兼顧原有系統的技術(shù)現狀，在對系統進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟比較后，提出如圖1所示的系統方案。
　　
　　該方案考慮了原有的測量、控制和保護等裝置，軟硬件上不作改動(dòng)，只是在原裝置與網(wǎng)絡(luò )之間增加一個(gè)RS232和CAN總線(xiàn)的轉換器，考慮到變電所網(wǎng)絡(luò )信息的吞吐量不大，該轉換器以51單片機為核心，利用單片機的RS232接口與微機測量、微機控制和微機保護進(jìn)行通信，在51單片機上擴展一個(gè)CAN總線(xiàn)接口，所需的＋5V電源也從測量、控制和保護裝置中獲得(51的RS232接口芯片采用單一＋5V電源的那種)。此外，主控臺以工業(yè)控制機為核心，同時(shí)擔負變電所內部通信管理任務(wù)和與遠方調度中心的通信任務(wù)，在工業(yè)控制機中直接選用一塊CAN總線(xiàn)插卡就可以了。
　　
　　該方案的優(yōu)點(diǎn)是開(kāi)發(fā)周期短，無(wú)需對原有測量、控制和保護裝置進(jìn)行大的改動(dòng)。值得注意的是，CAN總線(xiàn)對網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)數是有限制的。另外，在選擇通信速率時(shí)，也要考慮通信距離的限制，在實(shí)際應用中，根據系統通信流量的評估和變電所實(shí)際情況，選擇通信速率為50kb/s，對應的通信距離限制為1．3km。
　　
4.CAN總線(xiàn)應用中編程注意事項
　　
　　CAN總線(xiàn)協(xié)議根據接口芯片不同可以有版本2.0A和2.0B兩種，兩者差別不大，對于應用者來(lái)說(shuō)，更重要的是如何收發(fā)信息。
　　
　　在變電所自動(dòng)化系統中，有些信息的字節數可以比較短(如開(kāi)關(guān)變位信號的傳送)，在8B內，這種報文可以一次發(fā)送完畢。而有些信息的字節數較長(cháng)(如測量數據)，無(wú)法把一幀報文一次發(fā)送完畢，因此，在發(fā)送軟件模塊中需要進(jìn)行把報文分成幾段，每次發(fā)送一段。同樣地，在接收時(shí)，需要進(jìn)行判別，如果是在8B長(cháng)度內的報文，則無(wú)需另外處理，如果報文內容的字節數超過(guò)8B，就對所接收的信息進(jìn)行報文恢復處理。為了對報文進(jìn)行恢復，在進(jìn)行報文幀打包時(shí)，在報文中加入報文長(cháng)度內容。只有完全接收完畢的報文才送入報文解析處理環(huán)節中。
　　
　　在應用中應該注意的另外一個(gè)問(wèn)題是，CAN總線(xiàn)控制器在實(shí)際運行中，存在著(zhù)進(jìn)入總線(xiàn)脫離狀態(tài)的可能，在應用軟件中應加入訪(fǎng)問(wèn)總線(xiàn)狀態(tài)的模塊，如果發(fā)現控制器處于總線(xiàn)脫離狀態(tài)，要及時(shí)對總線(xiàn)控制器進(jìn)行復歸操作。
　　
5.結語(yǔ)
　　
　　本文所提以CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )為核心的變電所自動(dòng)化系統已經(jīng)通過(guò)調試后投入實(shí)際運行，網(wǎng)絡(luò )通信速率采用50kb/s，運行情況良好，控制響應快、狀態(tài)變位上傳迅速，整個(gè)系統運行情況完全達到設計要求。