基于CAN總線的變電站監(jiān)控系統(tǒng)
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控制局域網(wǎng)CAN(Control Area Network)屬于現(xiàn)場總線范疇，是一種有效支持分布式控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)[1、2]。相比于傳統(tǒng)的RS-422/485總線，CAN總線有以下優(yōu)越性:
a.多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點任意時刻主動地向網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點發(fā)送信息，而不分主從，通信方式靈活;
b.數(shù)據(jù)幀中的數(shù)據(jù)最多為8個字節(jié)，這樣不僅可滿足工控領(lǐng)域中傳送控制命令、工作狀態(tài)和測量數(shù)據(jù)的一般要求，而且保證了通信的實時性;
c.CAN網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點信息分為不同等級，可滿足不同的實時要求，高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)最多可在140μs內(nèi)得到傳輸;
d.采用非破壞性總線仲裁技術(shù)，當(dāng)多個節(jié)點同時發(fā)送信息時，優(yōu)先級較低的節(jié)點會主動退出發(fā)送，而高優(yōu)先級的節(jié)點可不受影響地傳輸數(shù)據(jù);
e.CAN的直接通信距離最遠可達l0km(速率5kbit/s以下)，通信速率最高可達lMbit/s(通信距離40m以下);
f.CAN節(jié)點在自身發(fā)生嚴重錯誤的情況下具有自動關(guān)閉功能，從而保證網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點的操作不受影響;
g.CAN協(xié)議也是建立在國際標準組織的開放系統(tǒng)互聯(lián)模型基礎(chǔ)上的，不過，其模型結(jié)構(gòu)只有3層，即只取OSI底層的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。
由于CAN的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單，又是范圍較小的局域網(wǎng)，因此不需要其他中間層，應(yīng)用層數(shù)據(jù)直接取自數(shù)據(jù)鏈路層或直接向鏈路層寫數(shù)據(jù)。結(jié)構(gòu)層次少，有利于系統(tǒng)中實時控制信號的傳遞。
因為對變電站自動化系統(tǒng)的通信可靠性提出了更高的要求:高度的實時性、有效性、抗干擾性，所以研制了基于CAN總線的變電站監(jiān)控系統(tǒng)。
一、基于CAN總線的變電站監(jiān)控系統(tǒng)
1.1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)由上位機、通信適配卡、智能終端以及相關(guān)軟件組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。該系統(tǒng)可實現(xiàn)交流數(shù)據(jù)的采集、處理、控制，對變電站監(jiān)測監(jiān)控。本系統(tǒng)的關(guān)鍵硬件是智能終端和通信適配卡的設(shè)計。
1.2 智能終端設(shè)計
智能終端主要是一個數(shù)據(jù)采集模塊，安裝在現(xiàn)場，直接和設(shè)備相連，完成測量、通信和控制功能，其原理結(jié)構(gòu)如圖2所示。
該智能終端使用的數(shù)據(jù)采集模塊可采集交流數(shù)據(jù)，它是以單片機C805lF040為核心，對一路饋線電量進行交流數(shù)據(jù)采集，經(jīng)過算法運算處理后得到所需參數(shù)，通過其CAN口將數(shù)據(jù)傳送到上位機，進行監(jiān)控。從互感器輸出的三相電壓、三相電流轉(zhuǎn)換成合適的電壓直接送至采樣保持器S/H，再送至C805lF040的模擬輸入端，經(jīng)多路選擇開關(guān)，A/D轉(zhuǎn)換器，送至CPU處理后由CAN口送至上位機。每周期采樣64個點，采用均方根值法，和傅里葉算法比較后選其優(yōu)者。
1.3 CAN通信適配卡設(shè)計
CAN通信適配卡插在上位機的擴展槽上，實現(xiàn)智能終端與上位機之間的高速數(shù)據(jù)交換。主要由雙口RAM、嵌入式微處理器80C188,CAN通信控制器SJAl000,CAN收發(fā)器82C250、數(shù)據(jù)緩存器等組成，其硬件原理結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。該適配卡的CAN總線網(wǎng)絡(luò)通信功能由嵌入式微處理器80C188和CAN控制器SJAl000完成具體的報文發(fā)迭和接收控制任務(wù)。該適配卡上的高速雙口RAM在PC機和適配卡上的CPU之間建立起雙向的數(shù)據(jù)交換通道，可實現(xiàn)PC機與CAN控制器之間的數(shù)據(jù)傳送。適配卡上帶有光電隔離，能避免PC機由于環(huán)流造成的
損壞，增強了系統(tǒng)在現(xiàn)場環(huán)境中使用的可靠性，提高了抗干擾能力。
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