CAN總線在變電所綜合自動(dòng)化中的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

0前言

　　城市輕軌與地鐵供電系統(tǒng)是一個(gè)特殊的系統(tǒng)，其安全性、可靠性要求高，為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，必須實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的調(diào)度、運(yùn)營(yíng)和管理的自動(dòng)化。變電所綜合自動(dòng)化是電力系統(tǒng)自動(dòng)化基本組成，也是實(shí)現(xiàn)電力監(jiān)控系統(tǒng)功能的前提。

　　在電力監(jiān)控系統(tǒng)中，現(xiàn)場(chǎng)總線是變電所綜合自動(dòng)化的流通動(dòng)脈，是變電所綜合自動(dòng)化三大構(gòu)成部分設(shè)備管理層、所內(nèi)通信層和間隔設(shè)備層中的一個(gè)主要構(gòu)成部分即所內(nèi)通信層。通過總線通信，從現(xiàn)場(chǎng)采集的大量信息和數(shù)據(jù)被快速、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地上傳到監(jiān)控中心，同時(shí)由監(jiān)控中心下達(dá)的控制命令也被準(zhǔn)確無誤地發(fā)送到控制單元，及時(shí)采取措施避免事故發(fā)生。
　　目前，在既有地鐵運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)中，間隔層供電設(shè)備的微機(jī)保護(hù)測(cè)控與其他微機(jī)型的自控裝置間的通信大多通過

　　RS422/RS485通信接口相聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)與微機(jī)保護(hù)和自動(dòng)裝置間相互交換數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息?！　　　?BR>　　
　　采用RS422/RS485通信接口雖然可實(shí)現(xiàn)多個(gè)節(jié)點(diǎn)（設(shè)備）間的互連，但連接的節(jié)點(diǎn)數(shù)一般不超過32個(gè)，在變電所規(guī)模稍大時(shí)，滿足不了綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的要求；其次，采用RS422/RS485通信接口，其通信方式多為查詢方式，即由主計(jì)算機(jī)提問，保護(hù)單元或自控裝置應(yīng)答，通信效率低，難以滿足較高的實(shí)時(shí)性要求；再者，使用RS422/RS485通信接口，整個(gè)通信網(wǎng)上只能有一個(gè)主節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信管理和控制，其余皆為從節(jié)點(diǎn)，這樣主節(jié)點(diǎn)便成為系統(tǒng)的瓶頸，一旦出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)的通信便無法進(jìn)行。而20世紀(jì)80年代中期發(fā)展起來的現(xiàn)場(chǎng)總線有效地解決了以上問題。

　　CAN（ControllerAreaNetwork）總線以其通信速率高、可靠性高、連接方便和性價(jià)比優(yōu)等特點(diǎn)成為現(xiàn)場(chǎng)總線的推薦標(biāo)準(zhǔn)之一，在城市輕軌與地鐵電力監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）中有著廣闊的應(yīng)用前景。

1CAN技術(shù)的特點(diǎn)

　　變電所綜合自動(dòng)化區(qū)別于常規(guī)所最明顯的標(biāo)志之一就是通信功能，變電所內(nèi)間隔層之間信息可充分共享，并通過通信接口與外界信息系統(tǒng)交換信息，同時(shí)節(jié)省大量電纜，構(gòu)成一個(gè)快速、穩(wěn)定、可靠的通信網(wǎng)絡(luò)是變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的基本要求，也是電力系統(tǒng)運(yùn)行管理功能的基本前提。

　　CAN總線是一種有效支持分布控制和實(shí)時(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)，是一種通信速率可達(dá)1Mb/s的多主總線，具有優(yōu)先搶占方式進(jìn)行總線仲裁的作用機(jī)理，錯(cuò)誤幀可自動(dòng)重發(fā)，永久故障可自動(dòng)隔離，不影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)正常工作，可靠性高，而且協(xié)議簡(jiǎn)單，開放性強(qiáng)，組網(wǎng)靈活，成本較低，能為電力自動(dòng)化提供開放性、全分布及可互操作性的通信平臺(tái)。CAN總線具有以下主要特點(diǎn)：

　?。?）良好的實(shí)時(shí)性。CAN控制器工作于多主方式，網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點(diǎn)都可根據(jù)總線訪問優(yōu)先權(quán)（取決于報(bào)文標(biāo)識(shí)符）采用無損結(jié)構(gòu)的逐位仲裁的方式競(jìng)爭(zhēng)向總線發(fā)送數(shù)據(jù)，且CAN協(xié)議廢除了站地址編碼，而代之以對(duì)通信數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，這可使不同的節(jié)點(diǎn)同時(shí)接收到相同的數(shù)據(jù)，這些特點(diǎn)使得CAN總線構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信實(shí)時(shí)性強(qiáng)，并且容易構(gòu)成冗余結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)的可靠性和靈活性。

　　（2）良好的傳輸防錯(cuò)能力。CAN采用短幀結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)最多8個(gè)字節(jié)，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間短，受干擾幾率低，且每幀信息都具有CRC校驗(yàn)及其他檢錯(cuò)措施。

　　（3）全數(shù)字化的雙向傳輸。用以取代傳統(tǒng)的4～20mA信號(hào)，CAN的直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km（速度在5kb/s以下）；最高通信速率可達(dá)1Mb/s（距離在40m以下）。

　　因此CAN現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)具有多主、實(shí)時(shí)、高可靠性、低成本等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于在條件十分惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。

2變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的構(gòu)成

　　地鐵車站牽引降壓混合變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)備組成示意圖如圖1所示。