基于CAN總線和單總線的在線式防誤閉鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：針對(duì)在線式防誤閉鎖系統(tǒng)的特點(diǎn)和目前研究中存在的連接復(fù)雜、不易擴(kuò)展等問(wèn)題，提出了一種基于CAN總線和單總線的在線式防誤閉鎖系統(tǒng)新方案，并在可行性分析的基礎(chǔ)上，給出了具體的設(shè)計(jì)方法。

關(guān)鍵詞：CAN總線；單總線網(wǎng)絡(luò)；智能電磁鎖；防誤閉鎖

0 引言

變電站在線式五防系統(tǒng)是充分利用變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的全站監(jiān)控功能，通過(guò)集成在自動(dòng)化系統(tǒng)后臺(tái)軟件中的五防模塊和測(cè)控裝置中的間隔五防模塊，來(lái)對(duì)電氣操作防誤閉鎖進(jìn)行實(shí)時(shí)判斷，以便在滿足防誤閉鎖操作條件時(shí)，使電氣設(shè)備開(kāi)放操作的一套防誤閉鎖系統(tǒng)。本系統(tǒng)取消了電腦鑰匙和機(jī)械鎖具，可實(shí)現(xiàn)操作票的逐項(xiàng)開(kāi)放和閉鎖。

在線式五防系統(tǒng)充分利用已完成綜自改造的變電站可全站監(jiān)控的特點(diǎn)，多數(shù)的開(kāi)關(guān)和刀閘的狀態(tài)可在線監(jiān)控，但在實(shí)際的五防改造過(guò)程中，仍存在一定的問(wèn)題。如有少量變電站未實(shí)現(xiàn)刀閘電動(dòng)操作和接地樁的監(jiān)測(cè)等，實(shí)際上，對(duì)于這些手動(dòng)操作設(shè)備，可以使用電磁鎖來(lái)實(shí)現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)。通過(guò)在電磁鎖回路中串接五防節(jié)點(diǎn)，這樣，用后臺(tái)監(jiān)控機(jī)就可以控制電磁鎖是否可以打開(kāi)。

一般而言，一個(gè)間隔大約需要配置這佯的電磁鎖3～7把，每把電磁鎖所實(shí)現(xiàn)的功能可能需要多個(gè)開(kāi)入開(kāi)出量，這樣，一個(gè)間隔的開(kāi)入信號(hào)和開(kāi)出信號(hào)大約有十幾個(gè)到幾十個(gè)。如果每個(gè)信號(hào)都通過(guò)單獨(dú)的兩條電纜傳遞，則間隔內(nèi)將需要布置大量的電纜，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的難度較大，很難得到廣泛應(yīng)用。本文針對(duì)這一問(wèn)題，提出了一種智能電磁鎖解決方案。

1 智能電磁鎖

本文設(shè)計(jì)的這種智能化電磁鎖，可將開(kāi)入開(kāi)出信息在電磁鎖內(nèi)轉(zhuǎn)化成某一類信號(hào)，然后再通過(guò)共用的通訊電纜傳遞到控制器，從而使電纜數(shù)量減少到原來(lái)一把電磁鎖所需要的數(shù)量。

單總線技術(shù)的提出使得這一想法的實(shí)現(xiàn)成為可能。單總線技術(shù)足MAXIM全資子公司DALLAS公司開(kāi)發(fā)的一種專利技術(shù)，該技術(shù)通過(guò)一根線解決了地址、數(shù)據(jù)、控制和供電等問(wèn)題，從而降低了系統(tǒng)成本并簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)。單總線器件可按照串行協(xié)議進(jìn)行供電和數(shù)據(jù)通信，能夠?yàn)橄到y(tǒng)增添特定功能，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的連接方式。單總線技術(shù)的主要特點(diǎn)如下：

(1)只需一根信號(hào)線和一根地線就可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、地址、控制信號(hào)和電源的傳輸，接線非常簡(jiǎn)單；

(2)每條單總線上可以連接一個(gè)單總線器件，也可以同時(shí)連接幾十個(gè)單總線器件來(lái)組成單總線網(wǎng)絡(luò)；

(3)每個(gè)單總線器件都有唯一的64位光刻ROM碼，可以從網(wǎng)絡(luò)上選出特定器件進(jìn)行操作；

(4)單總線芯片接口可提供額外的ESD保護(hù)，而且遠(yuǎn)程通訊時(shí)，具有較高的抗干擾性能。

單總線技術(shù)將通訊、信號(hào)的輸入輸出及控制等功能集中到了一個(gè)芯片內(nèi)。采用單總線芯片來(lái)設(shè)計(jì)電磁鎖，不僅能很好地實(shí)現(xiàn)上述功能，而且電磁鎖的復(fù)雜度增加不大，并能較好地控制設(shè)備成本，可以說(shuō)是電磁鎖智能解決方案的首選。一般情況下，智能電磁鎖的設(shè)計(jì)思路具有以下幾種：

第一，在線式五防要求取消傳統(tǒng)的五防電惱鑰匙，而電磁鎖不受任何電腦鑰匙的控制。其解決方案是在智能電磁鎖的控制回路中串入由監(jiān)控后臺(tái)控制的五防節(jié)點(diǎn)，因此，電磁鎖解鎖必須首先滿足五防邏輯，然后在其控制回路中再串入一個(gè)由鎖具本體的按鈕控制的節(jié)點(diǎn)。只有當(dāng)操作滿足五防邏輯且五防節(jié)點(diǎn)閉合后，由運(yùn)行人員按下鎖具本體按鈕，鎖具才能開(kāi)。

第二，使用智能電磁鎖的狀態(tài)來(lái)反應(yīng)手動(dòng)設(shè)備的狀態(tài)。

如接地樁所配的電磁鎖有兩個(gè)狀態(tài)，1代表所監(jiān)控設(shè)備為合位，0代表所監(jiān)控設(shè)備為分位。

第二，電磁鎖與后臺(tái)監(jiān)控機(jī)可以實(shí)時(shí)通訊，以便將設(shè)備的實(shí)時(shí)信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳給監(jiān)控機(jī)，同時(shí)也可以按照監(jiān)控機(jī)的命令開(kāi)放或閉鎖設(shè)備。

以間隔為單位設(shè)置五防控制器，由五防控制器負(fù)責(zé)與后臺(tái)監(jiān)控機(jī)的通訊，向其傳送電磁鎖的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并接收監(jiān)控機(jī)的命令。間隔內(nèi)的電磁鎖串接于一根單總線上，五防控制器通過(guò)單總線讀取間隔內(nèi)電磁鎖狀態(tài)或向電磁鎖發(fā)送監(jiān)控機(jī)下達(dá)的命令。圖1所示是采用單總線技術(shù)前間隔內(nèi)的接線圖，圖2所示則是采用單總線技術(shù)后的間隔內(nèi)接線圖。

2 間隔控制器與監(jiān)控機(jī)的連接

由于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在減少系統(tǒng)線纜，簡(jiǎn)化系統(tǒng)安裝、維護(hù)和管理，降低系統(tǒng)投資和運(yùn)行成本，增強(qiáng)系統(tǒng)性能等方面具有很大的優(yōu)越性，間隔內(nèi)的控制器與監(jiān)控機(jī)的連接可選用現(xiàn)場(chǎng)總線。

目前，工控領(lǐng)域己發(fā)展出多種現(xiàn)場(chǎng)總線，各現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)也有較大差別，其用途也不盡相同，主要有基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線、CAN總線、Lon Works總線和HART總線。

通過(guò)對(duì)以上幾種總線的比較可以發(fā)現(xiàn)，LonWorks比較適用于一些大型的，對(duì)響應(yīng)時(shí)間要求不太高的分布式控制系統(tǒng)，比如智能大廈控制系統(tǒng)；而HART總線是一種模擬和數(shù)字信號(hào)混合的總線，是一種過(guò)渡型總線，多用于一些4～20 mA的舊式儀表的連接：而基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線在對(duì)距離和實(shí)時(shí)性的滿足上不夠；CAN總線則能適用小型的，實(shí)時(shí)性要求比較高的系統(tǒng)。

防誤操作閉鎖系統(tǒng)中，一般有幾十個(gè)節(jié)點(diǎn)，而且對(duì)傳輸距離和實(shí)時(shí)性要求都較高，采用CAN總線完全可以滿足規(guī)模上的要求，并且可以將CAN總線實(shí)時(shí)性強(qiáng)的特點(diǎn)充分發(fā)揮出來(lái)。因此，本系統(tǒng)采用CAN總線作為網(wǎng)絡(luò)通訊方式。