適用于變電站的CAN現場(chǎng)總線(xiàn)通信適配卡的設計

1、前言
隨著(zhù)變電站自動(dòng)化程度的不斷提高，自動(dòng)化系統變得龐大和復雜。在一個(gè)變電站自動(dòng) 化系統中往往包括微機監控、微機保護、電能質(zhì)量自動(dòng)控制等多個(gè)子系統，而且在各個(gè)子系 統中，又有多個(gè)智能模塊。因此，在變電站自動(dòng)化系統中必須進(jìn)行數據通信，實(shí)現各個(gè)系統 內部和各子系統之間的信息交換和共享，以提高系統的整體安全性和可靠性［1］。 現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)是20世紀80年代中期在國際上發(fā)展起來(lái)并應用于生產(chǎn)現場(chǎng)的、在微機化測量控 制設備之間實(shí)現雙向串行多節點(diǎn)數字通信的系統［2］。現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)將專(zhuān)用的微處 理器置入傳統的測量控制儀表中，使它們各自都具有數字計算和數字通信能力，采用可進(jìn)行 簡(jiǎn)單連接的雙絞線(xiàn)作為總線(xiàn)，把多個(gè)測量控制儀表連接成網(wǎng)絡(luò )系統，并按公開(kāi)、規范的通信 協(xié)議，在現場(chǎng)的多個(gè)微機化測量控制設備之間以及現場(chǎng)儀表與遠程監控計算機之間，實(shí)現數 據傳輸與信息交換，形成適應各種實(shí)際需要的自動(dòng)控制系統［3］。

根據采用的協(xié)議的不同，現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)可分為很多種，常用的有：FF總線(xiàn)，Lonworks 總線(xiàn)，PROFIBUS總線(xiàn)，HART總線(xiàn)，CAN總線(xiàn)。由于CAN總線(xiàn)采用了許多新 技術(shù)及獨特設計，使得其數據通信具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性。目前，在變電站綜 合自動(dòng)化系統中CAN總線(xiàn)已有少量應用，其中的通信適配卡多為非智 能型的，即在卡上未采用微處理器。本文所介紹的適配卡采用89C52作為微控制器，將 大大減少PC主機的通信負擔。且在設計中使用最新的EPLD器件作為雙口RAM的 邏輯控制和中斷信號控制，使得電路比較簡(jiǎn)單，而且具有很好的可擴展性。?

2、CAN現場(chǎng)總線(xiàn)的技術(shù)特點(diǎn)及通訊適配 卡的功能

CAN現場(chǎng)總線(xiàn)的技術(shù)特點(diǎn)：
(1)CAN總線(xiàn)是到目前為止唯一有國際標準的現場(chǎng)總線(xiàn)；

(2)CAN為多主工作方式，網(wǎng)絡(luò )上的任一節點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)的向網(wǎng)絡(luò )上其它節點(diǎn)發(fā) 送信息，而不分主從；在報文標識符上，CAN上的節點(diǎn)分成不同的優(yōu)先級，可滿(mǎn)足不同 的實(shí)時(shí)要求，優(yōu)先級高的數據最多可在134μs內得到傳輸；

(3)CAN采用非破壞總線(xiàn)仲裁技術(shù)；

(4)CAN節點(diǎn)只需通過(guò)對報文的標識符濾波即可實(shí)現點(diǎn)對點(diǎn)、一點(diǎn)對多點(diǎn)及全局廣播等幾 種方式傳送接受數據；

(5)CAN的直接通信距離可遠達10km(輸率5kbs以下)，通信速率最高可達1M bps(此時(shí)通信距離最長(cháng)為40m)；

(6)CAN上的節點(diǎn)數主要取決于總線(xiàn)驅動(dòng)電路，目前可達110個(gè)；報文采用短幀的結構， 傳輸時(shí)間短，受干擾率低，保證了數據出錯率極低；

(7)CAN的每幀信息都有CRC校驗及其它檢錯措施，具有極好的檢錯效果；

(8)CAN的通信介質(zhì)可為雙絞線(xiàn)，同軸電纜或光纜，選擇靈活；CAN節點(diǎn)在錯誤嚴重 的情況下具有自動(dòng)關(guān)閉輸出功能，以使總線(xiàn)上其他節點(diǎn)的操作不受影響；CAN總線(xiàn)具有 較高的性能價(jià)格比。

在變電站現場(chǎng)采集到的很多數據通過(guò)兩根電纜（一般采用雙絞線(xiàn)）傳到上位機（一臺PC 微機）上，PC機與CAN總線(xiàn)有兩種連接方式［4］：一種是通過(guò)轉換器與微機 的串口相連；一種是在PC的擴展槽里插一塊適配卡，該卡上具有CAN接口和PC 擴展接口，對于交換的數據較多時(shí)，一般采用這種方式。CAN適配卡的作用主要有兩個(gè) ：

(1)數據的轉發(fā)，適配卡把總線(xiàn)上各個(gè)節點(diǎn)的信息轉發(fā)給PC機，并將PC機的命令和 數據轉發(fā)給各個(gè)節點(diǎn)；

(2)用于完成CAN總線(xiàn)上用戶(hù)的部分監控和管理任務(wù)。