基于CAN總線(xiàn)的潛水電機智能監控系統設計

目前，國內外已有多家公司開(kāi)發(fā)出針對個(gè)體潛水電機的智能電了保護裝置，雖然可以達到保護電機的目的，但無(wú)法實(shí)現集中管理。因此，對潛水電機群的實(shí)時(shí)監控與統一管理的要求日益迫切。本文設計了基于CAN現場(chǎng)總線(xiàn)的潛水電機群分布式智能監控系統，可以對散布的潛水電機保護裝置進(jìn)行組網(wǎng)，實(shí)現潛水電機的智能化控制和網(wǎng)絡(luò )化管理。

潛水電機智能監控系統總體方案設計

基于CAN現場(chǎng)總線(xiàn)的潛水電機分布式智能監控系統由監控計算機(內置PC-CAN適配卡)、智能節點(diǎn)、CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )組成，其系統的總體結構如圖1所示。分布在現場(chǎng)的監控節點(diǎn)可以獨立對電機進(jìn)行智能控制和故障保護；監控計算機可以通過(guò)CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )和各個(gè)監控節點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，從而實(shí)現潛水電機群的分布式控制和集中臨管。

智能節點(diǎn)是整個(gè)監控系統的核心部分，它對潛水電機進(jìn)行智能控制，并對電機在運行過(guò)程中出現的過(guò)載、過(guò)熱、滲水、漏水、短路、缺相等故障進(jìn)行保護。PC-CAN適配卡用來(lái)完成CAN總線(xiàn)和監控計算機之間的協(xié)議轉換，可以選用PCI總線(xiàn)適配卡、ISA總線(xiàn)適配卡或RS-232串行通信適配器。各個(gè)智能節點(diǎn)之間通過(guò)屏蔽雙絞線(xiàn)瓦聯(lián)構成CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，總線(xiàn)兩端連接120Ω的阻抗匹配電阻，可以提高系統的穩定性和抗干擾能力。

監控系統的硬件設計

由監控系統的整體結構和功能可知，該系統的硬件設計主要足CAN智能節點(diǎn)的設計。智能節點(diǎn)硬件電路設計采用了模塊化結構，由MCU、CAN通信模塊、信號采集模塊、電機控制模塊、狀態(tài)顯示模塊、參數設置模塊及串行通信接口組成，智能節點(diǎn)的整體結構如圖2所示。根據具體情況可以只選用其中的部分模塊，增加了監控裝置的實(shí)用性和經(jīng)濟性。例如：可以去掉顯示模塊和現場(chǎng)設置模塊，利用監控計算機實(shí)現數據顯示和參數設置的功能。在單機運行時(shí)，可以不使用CAN通信模塊。

為了簡(jiǎn)化設計，提高系統的可靠性和性?xún)r(jià)比，智能節點(diǎn)的主要元器件都是選用同一家公司的產(chǎn)品，包括：微控制器(P89V51RD)、CAN控制器(SJA1000)、CAN收發(fā)器(PCA82C250)。P89V51RD內帶64kB的Flash存儲器，該存儲器支持ISP功能，ISP的優(yōu)點(diǎn)是支持在系統編程，即不需要移出為控制器，只需要通過(guò)串行接口(RXT和RXD)，結合上位機軟件就可以實(shí)現PC對MCU的重復編程，而且硬件電路連接簡(jiǎn)單，這樣就方便了程序調試，縮短了設計開(kāi)發(fā)周期，提高了系統的穩定性?，F場(chǎng)智能節點(diǎn)各個(gè)組成模塊的功能如下：

1．CAN通信模塊：CAN總線(xiàn)通信接口電路主要由CAN控制器SJA1000、6N137高速光隔、CAN收發(fā)器PCA82C250組成。SJA1000完全兼容CAN2.0協(xié)議，用來(lái)完成物理層和數據鏈路層的功能，可實(shí)現對通信數據的成幀處理，具有多主結構、總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)優(yōu)先權、硬件濾波等特點(diǎn)；PCA82C250提供了對CAN總線(xiàn)差動(dòng)發(fā)送和接收數據的功能，有效地提高了總線(xiàn)的抗干擾能力，實(shí)現了保護總線(xiàn)、降低射頻干擾等功能。為了進(jìn)一步提高整個(gè)系統的可靠性和穩定性，在SJA1000和PCA82C250之間增加了光電隔離器件，并且采用了雙電源，有效地抑制由總線(xiàn)引入的干擾。