基于CAN總線(xiàn)的高壓開(kāi)關(guān)柜狀態(tài)監測單元通訊模塊

　　1.引言
　　高壓開(kāi)關(guān)柜是電力系統的關(guān)鍵主設備之一，其運行狀態(tài)對電力系統的可靠性具有重大影響。統計表明，20世紀90年代中國電力系統開(kāi)關(guān)事故類(lèi)型分布如下：機械故障（拒分、拒合、誤動(dòng)）33.3%，絕緣故障37.3%，溫升故障（載流）8.9%，其它20.5%[1]。因此，有必要對高壓開(kāi)關(guān)柜的機械、溫升及絕緣狀態(tài)實(shí)施在線(xiàn)監測，及時(shí)發(fā)現事故隱患，防止事故發(fā)生。
　　現有高壓開(kāi)關(guān)柜監測單元的核心一般采用單片機（MCU），其處理能力有限、存貯空間很小，只能對數據進(jìn)行簡(jiǎn)單的處理和存放少量的歷史數據[2]。為了存放大量的歷史數據以便對已有的數據進(jìn)行復雜的處理（如壽命評估、故障診斷等），也為了對電力系統運行狀態(tài)進(jìn)行遠程檢測和診斷，有必要使監測單元具有通訊能力，把需要的數據上傳給PC機。同時(shí)為了對分散的監測單元進(jìn)行維護（如單元是否正常工作，閾值下載等），監測單元也有必要具有通訊能力以使PC機能夠實(shí)時(shí)監控監測單元的工作情況以及對它們進(jìn)行閾值的下載。
　　CAN作為一種有效支持分布式通信的現場(chǎng)總線(xiàn)，能夠完成現場(chǎng)監測單元與管理設備之間的數字通信，溝通現場(chǎng)監測單元和更高管理層網(wǎng)絡(luò )之間的聯(lián)系，真正做到“分散處理，集中管理”。
　　
　　2.監測單元框架和通訊模塊功能
　　所研制現場(chǎng)監測單元，其微控制器選用16位高速單片機80C196KC，利用其豐富的外設接口，方便地進(jìn)行現場(chǎng)的數據采集、處理和顯示。監測單元的功能是進(jìn)行在線(xiàn)的數據采集和數據處理，并提供現場(chǎng)的顯示和與上位機通信的接口。

　　監測單元監測的主要內容有：①母線(xiàn)溫升：測量斷路器三相進(jìn)線(xiàn)和三相出線(xiàn)的電連接處溫升；②泄漏電流：測量三相環(huán)氧套管的泄漏電流；③機械數據：通過(guò)對斷路器分、合閘線(xiàn)圈電流和動(dòng)觸頭行程的測量并進(jìn)行數據處理，得到動(dòng)觸頭行程、分合閘時(shí)間、分合閘速度、平均分合閘時(shí)間和平均分合閘電流。通訊模塊的主要功能就是當測量的這些數據異常時(shí)，主動(dòng)上傳異常的數據，當測量的數據正常時(shí)就等待PC機有請求時(shí)上傳這些數據。同時(shí)監測單元還通過(guò)通訊模塊接收PC機的參數下載（如閾值等），并對PC機的下載進(jìn)行響應!回答下載成功與否信息。
　　
　　3.CAN總線(xiàn)
　　3.1CAN總線(xiàn)簡(jiǎn)介
　　CAN總線(xiàn)屬于現場(chǎng)總線(xiàn)的范疇，它是一種具有很高保密性、有效支持分布式控制和實(shí)時(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò )。符合ISO/OSI模型規范。通信介質(zhì)可以是雙絞線(xiàn)、同軸電纜或光纖。通信速率為5kb/s時(shí)，通信距離最長(cháng)可為10km；通信速率為1Mb/s時(shí)，通信最長(cháng)距離可達40m。CAN總線(xiàn)上節點(diǎn)數最多可以有110個(gè)，所以比較適用于小型的測控網(wǎng)絡(luò )。
　　CAN總線(xiàn)具有以下特征：多主站依據優(yōu)先權進(jìn)行總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)；無(wú)破壞性的基于優(yōu)先權的仲裁；借助接收濾波的多地址幀傳送；遠程數據請求；配置靈活性；全系統數據相容性；錯誤檢測和出錯信令；發(fā)送期間若丟失仲裁或由于出錯而遭破壞的幀可自動(dòng)重新發(fā)送；暫時(shí)錯誤和永久性故障節點(diǎn)的判別以及故障節點(diǎn)的自動(dòng)脫離。
　　CAN總線(xiàn)的規范主要有2.0A和2.0B。這兩者的區別主要在于標識符位數的不同。CAN2.0A的標識符有11位，而CAN2.0B的標識符有29位，因此CAN2.0B對標識符定義具有更大的靈活性。
　　3.2監測單元通訊模塊對CAN2.0B標識符的定義
　　CAN總線(xiàn)摒棄了地址的概念:而是用標識符來(lái)標識數據，使用位仲裁技術(shù)根據標識符的優(yōu)先級（標識符的值越小，優(yōu)先級就越高）對總線(xiàn)進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，這樣在系統中增刪節點(diǎn)就不會(huì )涉及到軟件的修改。但在實(shí)際應用中為了實(shí)現點(diǎn)對點(diǎn)及點(diǎn)對多點(diǎn)的數據傳送以及較長(cháng)報文的傳送，有必要在標識符中定義數據的源地址、目的地址以及幀序數[3]。
　　對CAN2.0B29位標識符的定義為：bit28~bit21為目的地址；bit20~bit13為源地址；bit12~bit5為幀序數。源地址和目的地址表示CAN幀從哪里來(lái)，到哪里去。bit4位稱(chēng)為更多CAN幀位，它是和幀序數配合使用來(lái)傳送較長(cháng)的數據的（CAN每一幀最多傳8個(gè)有效字節）。bit4為零表示當前的CAN幀是一個(gè)被分組打包的應用層報文的最后一段；為1則表示應用層報文的分段未傳完；當標志位為0，幀序數也為1時(shí)，表示報文沒(méi)有被分段。bit3~bit0用來(lái)區分同一源地址的不同數據，這是一個(gè)4位的計數器，取值范圍是0~15。當發(fā)送一個(gè)新的數據時(shí)，計數器加1，溢出時(shí)重新開(kāi)始計數。沒(méi)有用到遠程幀，遠程幀的作用通過(guò)數據幀之間的應答來(lái)實(shí)現。