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CAN总线在变电站高压开关柜在线检测系统中的应用 |
| 由于电子信息技术的进步，现场总线技术已经在高压开关柜功能智能化系统中得到了广泛应用，使高压开关柜的在线检测系统形成了一个分布式的监测系统，并使整个系统较传统的集中监测系统性能增强，功能更为完善。 1 CAN总线技术及其特点 在传统的变电站监测系统中，一般采用BITBUS总线和RS-485总线，但在实际应用中都有以下缺陷： a. BITBUS总线和RS-485总线上只能有一个主节点，无法构成多主系统，一旦主节点出现故障，系统就不能正常运行，导致整个系统的可靠性较差。 b. BITBUS总线和RS-485总线的抗干扰能力较差，不适应在高电磁环境下运行，而且其错误处理能力也很差。 c. 数据通信方式是命令响应式，下端节点只有在收到主节点的命令以后，才能响应，从而造成数据不能及时上传，导致整个系统实时性较差，不适用于开关柜在线检测这种要求实时性很高的系统中。 本文采用了目前在工业测控系统中常用的控制器局域网络CAN。CAN 总线采用差分驱动，可适用于高噪声干扰的环境且具有较强的纠错能力，目前已形成国际标准ISO11898规范。其价格低廉，可靠性高，结构灵活，为最有前途的现场总线之一。 CAN采用了OSI/ISO模型全部7层中的2层，即物理层和数据链路层，用户可以这2层为基础，根据实际需要开发相应的应用层通信协议。CAN 的主要特点如下：  整个系统通过CAN总线将各采集单元模块和监控计算机单元连成分布式结构的现场控制网络，网络中计算机和各个检测单元模块分别有自己的ID标志，且保证各自的ID不重复。由数据采集单元模块采集开关柜的各种信号参数，通过CAN总线送至系统监控机单元，建立起全变电站高压开关柜的数据库，计算机对整个CAN 总线系统进行监视管理，具有系统参数（如传输速率、节点地址等）设置、数据发送、数据接收、本机状态查询、节点状态查询、中断状态查询等功能。系统监控机单元采用工业控制机配CAN 总线通信接口卡组成，它接收数据采集单元模块发来的数据，经计算机进行相应的计算处理得出高压开关柜的各个参数的值，根据各种参数及其波形等相关性质，从而具体分析得出高压开关柜的工作状态。CAN 总线通信接口卡使工控机能方便地连接到CAN 总线上，它由CAN 接口电路及其与计算机串口的连接电路组成，确保数据能准确地在CAN 总线和计算机之间流通。 3 硬件电路设计 由于计算机串口是标准的RS-232接口，发出的数据信号是以字节为单位进行传送，而CAN 总线信号是以帧为单位进行传送的，因此要想在计算机串口与CAN 总线之间进行数据传送，就必须有CAN总线通信接口卡，此卡的作用就是把计算机串口发出的信号和CAN 总线发出的信号进行格式转换，使每一方都能识别对方发送来的信号，实现数据流通。  本文CAN 总线通信接口卡硬件电路设计如图2所示，图中省略了振荡电路和复位电路。 3.1 CAN 接口电路 3.1.1 CAN 控制器的选取 3.1.2 CAN 收发器 3.1.3 光电隔离 3.1.4 单片机的选取 3.1.5 电平转换芯片的选取 3.1.6 数据采集单元电路 软件设计主要包括计算机串口通信程序、AT89C51通信程序、CAN节点初始化程序、CAN数据发送、接收程序以及CAN总线出错处理程序等。CAN控制器SJA1000的内部寄存器作为AT89C51芯片的片外寄存器，AT89C51和SJA1000之间进行状态、控制和数据的交换都是通过SJA1000在复位模式或工作模式下对这些寄存器的读写完成的。 在初始化CAN内部寄存器时，注意使得各节点的位速率必须一致，而且收、发双方必须同步。数据的接收主要有中断和查询接收两种方式。为提高通信的实时性，采用中断接收方式，而且这样也可保证接收缓存器不会出现数据溢出现象。下面给出SJA1000工作在Basic CAN模式下的初始化流程图（图3）及数据接收的源程序。   采用CAN总线技术组成的变电站高压开关柜在线检测系统已在中小型变电站中得到应用，经过实际运行，具有很好的可靠性和抗干扰性，能更好地掌握高压开关柜的运行状态，稳定显示出各参数的波形，可以及时对设备进行检修，避免事故发生。 5 结束语 在变电站高压开关柜在线检测系统中应用了CAN总线技术，设计了主要硬、软件，并得到实际应用。其硬件电路和软件的设计方法同样适合于其他基于CAN总线的分布式控制系统的节点设计。 |