CAN總線(xiàn)技術(shù)在功率因素動(dòng)態(tài)補償系統中的應用

1. 前 言

　　上世紀90年代興起的現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)是用于現場(chǎng)儀表與控制系統和控制室之間的一種全分散、全數字化、智能、雙向、多節點(diǎn)的通信系統結構，它是控制結構的一次革命;系統把控制的權力很大部分交給了處于現場(chǎng)的智能節點(diǎn)，交互信息通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)傳送。現場(chǎng)總線(xiàn)式的控制系統正在逐步取代集散式的控制系統而成為主流系統;其中，CAN總線(xiàn)由于可靠性高、穩定性好、抗干擾能力強、通信實(shí)時(shí)性好、系統造價(jià)低廉、維護成本低等特點(diǎn)而具有廣泛的應用前景。

2. CAN總線(xiàn)概述

　　CAN總線(xiàn)是一種有效支持分布式控制或實(shí)時(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò )。CAN可實(shí)現全分布式多機系統，且無(wú)主、從機之分;CAN可以用點(diǎn)對點(diǎn)、一點(diǎn)對多點(diǎn)及全局廣播幾種方式傳送和接收數據;CAN直接通訊距離最遠可達10km（傳輸率為5kbps），通訊速率最高可達1Mbps（傳輸距離為40m）;CAN總線(xiàn)上節點(diǎn)數可達110個(gè)。

　　CAN根據優(yōu)先權進(jìn)行總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)仲裁，總線(xiàn)中的數值為兩種互補邏輯數值之一：“顯形”或“隱性”?！帮@形”數值表示邏輯“0”，而“隱性”表示邏輯“1”?！帮@形”和“隱性”位同時(shí)發(fā)送時(shí)，最后總線(xiàn)數值將為“顯形”。CAN總線(xiàn)數值信號內部包含傳輸地址，即所謂的標識符（ID），標識符還兼有識別優(yōu)先權的作用。當許多節點(diǎn)一起開(kāi)始發(fā)送數據時(shí)，首先發(fā)送標識符，每個(gè)發(fā)送器將發(fā)送電平同總線(xiàn)上監測到的電平進(jìn)行比較，若相等則發(fā)送器繼續發(fā)送;當送出一個(gè)“隱性”電平，而監測到的為“顯形”電平時(shí)，表明節點(diǎn)丟失仲裁，并且不再發(fā)送更多位。顯而易見(jiàn)，標識符越低，節點(diǎn)優(yōu)先權越高。CAN總線(xiàn)信號傳輸為廣播式，所有的節點(diǎn)都可以監聽(tīng)到總線(xiàn)上的信號，當節點(diǎn)監測到總線(xiàn)上的數據幀的標識符與自己的標識符相符時(shí)就接收數據幀。錯誤監測和自動(dòng)隔離性能確保了總線(xiàn)正常工作。

3 功率因素動(dòng)態(tài)補償系統

　　功率因素動(dòng)態(tài)補償系統對低壓電力系統的無(wú)功功率進(jìn)行實(shí)時(shí)監測、動(dòng)態(tài)補償，對電網(wǎng)運行狀態(tài)和負載用電狀態(tài)通過(guò)電壓、電流互感器間接監測。本系統在保證系統可靠工作和降低成本的條件下，考慮到通用性、實(shí)時(shí)性和擴展性等方面的因素，采用了主要由上位計算機系統和網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)模塊構成的系統結構。系統的總體結構如圖1所示。智能節點(diǎn)通過(guò)對各個(gè)模擬量和開(kāi)關(guān)量信息的采集檢測，達到電力的合理調配，并且將有關(guān)參數通過(guò)CAN總線(xiàn)控制器由CAN總線(xiàn)傳遞給上位機。上位機完成故障錄波、自動(dòng)數據分析、人機界面顯示和報表打印等。補償單元是由電容器組和晶閘管觸發(fā)電路組成，它根據智能節點(diǎn)的解算值投入電容器來(lái)產(chǎn)生補償電流注入低壓電網(wǎng)，以此補償無(wú)功功率。

4. CAN總線(xiàn)在功率因素動(dòng)態(tài)補償系統的應用

　　上位計算機系統由通用個(gè)人計算機以及接通至通用PC機內部的CAN總線(xiàn)通信接口適配卡PCCAN組成。該系統負責系統的總體調度，向網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)發(fā)送命令，接收節點(diǎn)數據，并對節點(diǎn)信息加以分析、存儲、顯示及打印。智能節點(diǎn)負責對電流及功率進(jìn)行檢測，并對無(wú)功功率進(jìn)行補償。智能節點(diǎn)模塊中采用以80C196KC微處理器為核心的硬件結構。Intel公司的高性能16位單片機80C196采用CHMOS工藝，具有功耗低、運行速度快、集成度高等優(yōu)點(diǎn)。該控制器硬件結構CPU沒(méi)有采用習慣的累加器結構，改用寄存器-寄存器結構，消除了累加器存在時(shí)的瓶頸效應，提高了操作速度和數據吞吐能力。這些特點(diǎn)使得80C196很適合用于數據量大、功能復雜的現場(chǎng)控制器中。CAN通信接口采用SJA1000通信控制器和82C250總線(xiàn)接受器。SJA1000是PHILIPS公司生產(chǎn)的獨立CAN通信控制器，它是82C200的替代產(chǎn)品，引腳與82C200兼容。82C250是CAN控制器和物理總線(xiàn)間的接口芯片，它提供對總線(xiàn)的差動(dòng)發(fā)送能力和對CAN控制器的差動(dòng)接受能力。CAN硬件接口電路如圖2所示：

　　SJA1000的AD0至AD7是分時(shí)復用地址/數據線(xiàn)，與單片機的系統總線(xiàn)引腳P1.0 至P1.7相連作為單片機的外部擴展存儲器。SJA1000的INT腳與HSI.0腳相連，當中斷允許時(shí)，一旦有中斷發(fā)生，SJA1000的16腳INT就會(huì )被激活，出現一個(gè)由高電平到低電平的跳變，而80C196KC的外部中斷HSI.0接受這一中斷信號后，CPU隨即響應中斷，由執行其他任務(wù)轉向為執行該中斷任務(wù)。