CAN總線在多電機軟起動系統(tǒng)中的應(yīng)用

1 引言

隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，交流電動機在工業(yè)生產(chǎn)中扮演了極為重要的角色，作為各行業(yè)中的主要拖動電機，應(yīng)用更為廣泛。眾所周知，交流電動機在全壓起動時，起動電流達到額定電流的5～7倍，會對電網(wǎng)造成沖擊；起動轉(zhuǎn)矩約為額定轉(zhuǎn)矩的2倍，加劇機械結(jié)構(gòu)磨損。為了解決交流電動機的起動問題，通常需要使用軟起動器進行軟起動。

當(dāng)前軟起動器的監(jiān)控一般由各自獨立的監(jiān)控單元進行，無法對整個系統(tǒng)實現(xiàn)全面的控制和監(jiān)測。因此，建立一套數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)將各軟起動監(jiān)控節(jié)點連接起來，組成完整的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)就顯得非常必要。

相對于RS-485等通信標(biāo)準(zhǔn)，CAN（Controller Area Network）總線以其具有的諸多優(yōu)點而在許多領(lǐng)域得到了應(yīng)用。CAN總線是德國Bosch公司于上世紀(jì)80年代初推出的一種多主局域網(wǎng)，CAN通信網(wǎng)絡(luò)是一種全分散、全數(shù)字化的智能雙向、多變量、多點、多站的分布式通信體系，具有可靠性高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強、通信速度塊、成本低等諸多優(yōu)點。CAN總線是一種非常適合工業(yè)現(xiàn)場惡劣環(huán)境的通信方式。本文介紹了一種基于CAN總線的交流電機軟起動通信系統(tǒng)。

2 CAN通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

交流電機軟起動通信系統(tǒng)由一臺工控機作為監(jiān)控主機，工控機通過CAN總線接口接入CAN總線，各節(jié)點是由單片機控制的具有CAN總線數(shù)據(jù)收發(fā)功能的交流電機軟起動器。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

通信系統(tǒng)各部分提供了不同的功能。其中，工控機控制交流電機軟起動器的工作狀態(tài)，例如軟起動、軟停車等，顯示軟起動的各項參數(shù)如起動電壓、起動電流等。軟起動器按照工控機的命令控制交流電機軟起動，并采集電機起動電流、電壓等參數(shù)，通過CAN總線發(fā)往工控機。

3 CAN通信協(xié)議

本通信系統(tǒng)中，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)長度不是固定的。工控機向軟起動器下達的控制命令只有幾個字節(jié)，而軟起動器向工控機上傳的軟起動實時數(shù)據(jù)一般有幾十個字節(jié)。因此CAN通信協(xié)議需要有大數(shù)據(jù)量傳輸能力，又要快速高效。由于CAN通信采用短幀結(jié)構(gòu)，每幀有效數(shù)據(jù)長度最多為8個字節(jié)，在傳輸數(shù)據(jù)量較大時，就要將數(shù)據(jù)拆分為多個幀進行傳輸。如果將所有信息和數(shù)據(jù)都放在8個字節(jié)的數(shù)據(jù)場中，將會使傳輸幀中有效數(shù)據(jù)少，通信信息多，降低CAN總線通信效率。所以，本文采用了利用報文標(biāo)識符中的仲裁場包含通信控制信息，數(shù)據(jù)場包含實際數(shù)據(jù)的方法，以提高通信效率。

本系統(tǒng)中，CAN通信采用CAN2.0B標(biāo)準(zhǔn)中帶29位報文標(biāo)識符的擴展幀。報文標(biāo)識符中包含緊急標(biāo)記、目的地址、源地址、幀類型、幀號，其格式如表1所示。

其中緊急標(biāo)記僅有1位，用來標(biāo)記當(dāng)前幀的優(yōu)先級，對于一般信息，該位置1，對于緊急信息（如三相電壓不平衡、過流、軟起動器組件故障等報警信號）該位置0，從而使其擁有高優(yōu)先級，盡快傳送到目的地。