1、CAN總線在變電站高壓開關(guān)柜在線檢測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用摘要：針對(duì)我國(guó)變電站目前大多采用基于BITBUS總線和RS-485總線構(gòu)建的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)所存在的缺點(diǎn)，介紹了一種利用AN總線的高壓開關(guān)柜在線檢測(cè)系統(tǒng)，能更好地完善變電站監(jiān)控系統(tǒng)的功能，提出了其主要硬件和軟件的設(shè)計(jì)方案和施行并介紹了應(yīng)用效果。關(guān)鍵詞：在線檢測(cè)系統(tǒng)AN總線現(xiàn)場(chǎng)總線由于電子信息技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)已經(jīng)在高壓開關(guān)柜功能智能化系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用，使高壓開關(guān)柜的在線檢測(cè)系統(tǒng)形成了一個(gè)分布式的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并使整個(gè)系統(tǒng)較傳統(tǒng)的集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)性能增強(qiáng)，功能更為完善。1AN總線技術(shù)及其特點(diǎn)在傳統(tǒng)的變電站監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，一般采用BITBUS總線和RS-4

2、85總線，但在實(shí)際應(yīng)用中都有以下缺陷：a.BITBUS總線和RS-485總線上只能有一個(gè)主節(jié)點(diǎn)，無(wú)法構(gòu)成多主系統(tǒng)，一旦主節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)就不能正常運(yùn)行，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的可靠性較差。b.BITBUS總線和RS-485總線的抗干擾才能較差，不適應(yīng)在高電磁環(huán)境下運(yùn)行，而且其錯(cuò)誤處理才能也很差。.數(shù)據(jù)通信方式是命令響應(yīng)式，下端節(jié)點(diǎn)只有在收到主節(jié)點(diǎn)的命令以后，才能響應(yīng)，從而造成數(shù)據(jù)不能及時(shí)上傳，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)性較差，不適用于開關(guān)柜在線檢測(cè)這種要?jiǎng)?wù)實(shí)時(shí)性很高的系統(tǒng)中。本文采用了目前在工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)中常用的控制器局域網(wǎng)絡(luò)AN。AN總線采用差分驅(qū)動(dòng)，可適用于高噪聲干擾的環(huán)境且具有較強(qiáng)的糾錯(cuò)才能，目前已形成國(guó)際

3、標(biāo)準(zhǔn)IS11898標(biāo)準(zhǔn)1。其價(jià)格低廉，可靠性高，構(gòu)造靈敏，為最有前途的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。AN采用了SI/IS模型全部7層中的2層，即物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，用戶可以這2層為根底，根據(jù)實(shí)際需要開發(fā)相應(yīng)的應(yīng)用層通信協(xié)議1。AN的主要特點(diǎn)如下：a.可以多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任意節(jié)點(diǎn)均可以在任意時(shí)刻主動(dòng)地向總線上其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，因此可以構(gòu)成多主機(jī)系統(tǒng)。b.當(dāng)AN節(jié)點(diǎn)嚴(yán)重錯(cuò)誤時(shí)，具有自動(dòng)關(guān)閉輸出的功能，切斷該節(jié)點(diǎn)與總線的聯(lián)絡(luò)，使總線上的其他節(jié)點(diǎn)及通信不受影響，故具有較強(qiáng)的抗干擾才能。.采用非破壞性總線仲裁技術(shù)，當(dāng)2個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向總線上發(fā)送信息時(shí)，優(yōu)先級(jí)低的節(jié)點(diǎn)主動(dòng)停頓數(shù)據(jù)發(fā)送，而優(yōu)先級(jí)高的節(jié)點(diǎn)可不受影響地繼續(xù)傳輸

4、數(shù)據(jù)，節(jié)省了總線沖突仲裁時(shí)間，防止了總線沖突。d.總線上的節(jié)點(diǎn)信息可以分成不同的優(yōu)先級(jí)，以滿足不同的實(shí)時(shí)要求。e.可以用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)及全局播送等幾種方式發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。f.AN的直接通信間隔 最遠(yuǎn)可達(dá)10k，此時(shí)傳輸速率只能到達(dá)5kbit/s；最高通信速率可到達(dá)1bit/s，此時(shí)最大傳輸間隔 為40；AN上的節(jié)點(diǎn)數(shù)實(shí)際可達(dá)110個(gè)。g.AN采用短幀構(gòu)造，每幀信息含有8個(gè)字節(jié)，并有R校驗(yàn)等檢錯(cuò)措施，傳輸時(shí)間短，保證了數(shù)據(jù)出錯(cuò)率低。h.通信介質(zhì)采用雙絞線、同軸電纜或光纖，選擇靈敏。總之，采用AN總線實(shí)時(shí)性強(qiáng)、可靠性高，用戶接口簡(jiǎn)單，非常適用于變電所中構(gòu)成高壓開關(guān)柜故障在線檢測(cè)系統(tǒng)。2系統(tǒng)總體

5、設(shè)計(jì)方案高壓開關(guān)柜在線檢測(cè)系統(tǒng)構(gòu)造如圖1所示。整個(gè)系統(tǒng)通過AN總線將各采集單元模塊和監(jiān)控計(jì)算機(jī)單元連成分布式構(gòu)造的現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中計(jì)算機(jī)和各個(gè)檢測(cè)單元模塊分別有自己的ID標(biāo)志，且保證各自的ID不重復(fù)。由數(shù)據(jù)采集單元模塊采集開關(guān)柜的各種信號(hào)參數(shù)，通過AN總線送至系統(tǒng)監(jiān)控機(jī)單元，建立起全變電站高壓開關(guān)柜的數(shù)據(jù)庫(kù)，計(jì)算機(jī)對(duì)整個(gè)AN總線系統(tǒng)進(jìn)展監(jiān)視管理，具有系統(tǒng)參數(shù)如傳輸速率、節(jié)點(diǎn)地址等設(shè)置、數(shù)據(jù)發(fā)送、數(shù)據(jù)接收、本機(jī)狀態(tài)查詢、節(jié)點(diǎn)狀態(tài)查詢、中斷狀態(tài)查詢等功能。系統(tǒng)監(jiān)控機(jī)單元采用工業(yè)控制機(jī)配AN總線通信接口卡組成，它接收數(shù)據(jù)采集單元模塊發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算機(jī)進(jìn)展相應(yīng)的計(jì)算處理得出高壓開關(guān)柜的各個(gè)參數(shù)的

6、值，根據(jù)各種參數(shù)及其波形等相關(guān)性質(zhì)，從而詳細(xì)分析得出高壓開關(guān)柜的工作狀態(tài)。AN總線通信接口卡使工控機(jī)能方便地連接到AN總線上，它由AN接口電路及其與計(jì)算機(jī)串口的連接電路組成，確保數(shù)據(jù)能準(zhǔn)確地在AN總線和計(jì)算機(jī)之間流通。3硬件電路設(shè)計(jì)由于計(jì)算機(jī)串口是標(biāo)準(zhǔn)的RS-232接口，發(fā)出的數(shù)據(jù)信號(hào)是以字節(jié)為單位進(jìn)展傳送，而AN總線信號(hào)是以幀為單位進(jìn)展傳送的，因此要想在計(jì)算機(jī)串口與AN總線之間進(jìn)展數(shù)據(jù)傳送，就必須有AN總線通信接口卡，此卡的作用就是把計(jì)算機(jī)串口發(fā)出的信號(hào)和AN總線發(fā)出的信號(hào)進(jìn)展格式轉(zhuǎn)換，使每一方都能識(shí)別對(duì)方發(fā)送來(lái)的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流通。本文AN總線通信接口卡硬件電路設(shè)計(jì)如圖2所示，圖中省略了振

7、蕩電路和復(fù)位電路。轉(zhuǎn)貼于論文聯(lián)盟.ll.3.1AN接口電路23.1.1AN控制器的選取采用SJA1000芯片，它支持AN2.0B通信協(xié)議，它與僅支持AN2.0A的AN控制器PA82200在硬件和軟件上完全兼容，并在其根底上增加了新功能：標(biāo)準(zhǔn)幀數(shù)據(jù)構(gòu)造和擴(kuò)展幀數(shù)據(jù)構(gòu)造，這兩種幀格式都有單2雙接收過濾器；64byte的接收FIF；可讀寫訪問的錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器和錯(cuò)誤限制報(bào)警及只聽方式等。3.1.2AN收發(fā)器PA82250是Philips公司的AN控制器和物理總線間的接口，可提供對(duì)總線的差動(dòng)發(fā)送和接收才能。它有三種不同的工作方式：高速、備用和斜率控制。一般采用斜率控制方式。硬件電路中使用PA82250是為了

8、增大通信間隔 ，進(jìn)步系統(tǒng)的瞬間抗干擾才能，保護(hù)總線等作用。3.1.3光電隔離為了進(jìn)一步進(jìn)步系統(tǒng)的抗干擾才能，在控制器SJA1000和收發(fā)器PA82250之間增加了由高速隔離器件6N137構(gòu)成的隔離電路。3.1.4單片機(jī)的選取裝置選用AT8951為處理器，它是ATEL公司8位單片機(jī)，與S51完全兼容，內(nèi)部集成有4kbit/s的閃速E2PR，工作頻率最高可達(dá)20Hz。3.1.5電平轉(zhuǎn)換芯片的選取在AN接口電路中，AT8951芯片使用的是TTL電平，而從計(jì)算機(jī)串口輸出的是RS-232電平，因此要想計(jì)算機(jī)串口與單片機(jī)連接，必須進(jìn)展電平轉(zhuǎn)換。AXI公司消費(fèi)的AX202芯片是在缺少12V電源時(shí)進(jìn)展RS-2

9、32/TTL雙向電平轉(zhuǎn)換芯片，它的供電電源是單+5V，電平轉(zhuǎn)換的速度的最大值不小于120kbit/s。為了使計(jì)算機(jī)的電源與AN接口電路的電源互不受干擾，還在AX202與AT8951之間采用光電耦合器，以到達(dá)電源隔離的目的。3.1.6數(shù)據(jù)采集單元電路采集單元電路一般由微處理器外加顯示鍵盤電路、模擬量輸入電路、開關(guān)量輸入/輸出電路、AN總線通信接口電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路等組成。4軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用語(yǔ)言開發(fā)軟件。AN總線各節(jié)點(diǎn)與AT8951要有效、實(shí)時(shí)地完成數(shù)據(jù)通信，軟件的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵，也是難點(diǎn)。軟件設(shè)計(jì)主要包括計(jì)算機(jī)串口通信程序、AT8951通信程序、AN節(jié)點(diǎn)初始化程序、AN數(shù)據(jù)發(fā)送、接收程序以及AN總線

10、出錯(cuò)處理程序等。AN控制器SJA1000的內(nèi)部存放器作為AT8951芯片的片外存放器，AT8951和SJA1000之間進(jìn)展?fàn)顟B(tài)、控制和數(shù)據(jù)的交換都是通過SJA1000在復(fù)位形式或工作形式下對(duì)這些存放器的讀寫完成的。在初始化AN內(nèi)部存放器時(shí)，注意使得各節(jié)點(diǎn)的位速率必須一致，而且收、發(fā)雙方必須同步。數(shù)據(jù)的接收主要有中斷和查詢接收兩種方式。為進(jìn)步通信的實(shí)時(shí)性，采用中斷接收方式，而且這樣也可保證接收緩存器不會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)溢出現(xiàn)象。下面給出SJA1000工作在BasiAN形式下的初始化流程圖圖3及數(shù)據(jù)接收的源程序。采用AN總線技術(shù)組成的變電站高壓開關(guān)柜在線檢測(cè)系統(tǒng)已在中小型變電站中得到應(yīng)用，經(jīng)過實(shí)際運(yùn)行，具有很好的可靠性和抗干擾性，能更好地掌握高壓開關(guān)柜的運(yùn)行狀態(tài)，穩(wěn)定顯示出各參數(shù)的波形，可以及時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)展檢修，防止事故發(fā)生。5完畢語(yǔ)在變電站高壓開關(guān)柜在線檢測(cè)系統(tǒng)中應(yīng)用了AN總線技術(shù)，設(shè)計(jì)了主要硬、軟件，并得到實(shí)際應(yīng)用。其硬件電路和軟件的設(shè)計(jì)方法同樣合適于其他基于AN總線的分布式控制系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。SJA1000stand-alneANntrller,Philipsdatasheet.Philipsseindutr-arl