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基于CAN總線(xiàn)的變電站監控系統
作者：
時(shí)間：2012-11-16
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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引 言
控制局域網(wǎng)CAN(Control Area Network)屬于現場(chǎng)總線(xiàn)范疇，是一種有效支持分布式控制的串行通信網(wǎng)絡(luò )[1、2]。相比于傳統的RS-422/485總線(xiàn)，CAN總線(xiàn)有以下優(yōu)越性:
a.多主方式工作，網(wǎng)絡(luò )上任一節點(diǎn)任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò )上的其他節點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從，通信方式靈活;
b.數據幀中的數據最多為8個(gè)字節，這樣不僅可滿(mǎn)足工控領(lǐng)域中傳送控制命令、工作狀態(tài)和測量數據的一般要求，而且保證了通信的實(shí)時(shí)性;
c.CAN網(wǎng)絡(luò )上的節點(diǎn)信息分為不同等級，可滿(mǎn)足不同的實(shí)時(shí)要求，高優(yōu)先級的數據最多可在140μs內得到傳輸;
d.采用非破壞性總線(xiàn)仲裁技術(shù)，當多個(gè)節點(diǎn)同時(shí)發(fā)送信息時(shí)，優(yōu)先級較低的節點(diǎn)會(huì )主動(dòng)退出發(fā)送，而高優(yōu)先級的節點(diǎn)可不受影響地傳輸數據;
e.CAN的直接通信距離最遠可達l0km(速率5kbit/s以下)，通信速率最高可達lMbit/s(通信距離40m以下);
f.CAN節點(diǎn)在自身發(fā)生嚴重錯誤的情況下具有自動(dòng)關(guān)閉功能，從而保證網(wǎng)絡(luò )上其他節點(diǎn)的操作不受影響;
g.CAN協(xié)議也是建立在國際標準組織的開(kāi)放系統互聯(lián)模型基礎上的，不過(guò)，其模型結構只有3層，即只取OSI底層的物理層、數據鏈路層和應用層。
由于CAN的數據結構簡(jiǎn)單，又是范圍較小的局域網(wǎng)，因此不需要其他中間層，應用層數據直接取自數據鏈路層或直接向鏈路層寫(xiě)數據。結構層次少，有利于系統中實(shí)時(shí)控制信號的傳遞。
因為對變電站自動(dòng)化系統的通信可靠性提出了更高的要求:高度的實(shí)時(shí)性、有效性、抗干擾性，所以研制了基于CAN總線(xiàn)的變電站監控系統。
一、基于CAN總線(xiàn)的變電站監控系統
1.1 系統的總體結構
系統由上位機、通信適配卡、智能終端以及相關(guān)軟件組成，其系統結構如圖1所示。該系統可實(shí)現交流數據的采集、處理、控制，對變電站監測監控。本系統的關(guān)鍵硬件是智能終端和通信適配卡的設計。
1.2 智能終端設計
智能終端主要是一個(gè)數據采集模塊，安裝在現場(chǎng)，直接和設備相連，完成測量、通信和控制功能，其原理結構如圖2所示。
該智能終端使用的數據采集模塊可采集交流數據，它是以單片機C805lF040為核心，對一路饋線(xiàn)電量進(jìn)行交流數據采集，經(jīng)過(guò)算法運算處理后得到所需參數，通過(guò)其CAN口將數據傳送到上位機，進(jìn)行監控。從互感器輸出的三相電壓、三相電流轉換成合適的電壓直接送至采樣保持器S/H，再送至C805lF040的模擬輸入端，經(jīng)多路選擇開(kāi)關(guān)，A/D轉換器，送至CPU處理后由CAN口送至上位機。每周期采樣64個(gè)點(diǎn)，采用均方根值法，和傅里葉算法比較后選其優(yōu)者。
1.3 CAN通信適配卡設計
CAN通信適配卡插在上位機的擴展槽上，實(shí)現智能終端與上位機之間的高速數據交換。主要由雙口RAM、嵌入式微處理器80C188,CAN通信控制器SJAl000,CAN收發(fā)器82C250、數據緩存器等組成，其硬件原理結構圖如圖3所示。該適配卡的CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )通信功能由嵌入式微處理器80C188和CAN控制器SJAl000完成具體的報文發(fā)迭和接收控制任務(wù)。該適配卡上的高速雙口RAM在PC機和適配卡上的CPU之間建立起雙向的數據交換通道，可實(shí)現PC機與CAN控制器之間的數據傳送。適配卡上帶有光電隔離，能避免PC機由于環(huán)流造成的
損壞，增強了系統在現場(chǎng)環(huán)境中使用的可靠性，提高了抗干擾能力。
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