CAN總線在高壓開關(guān)柜在線檢測系統(tǒng)中的應(yīng)用

由于信息技術(shù)的進步，現(xiàn)場總線技術(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)柜的在線檢測系統(tǒng)形成了一個分布式的監(jiān)測系統(tǒng)，并使整個系統(tǒng)較傳統(tǒng)的集中監(jiān)測系統(tǒng)性能增強，功能更為完善。

1　CAN總線技術(shù)及其特點

在傳統(tǒng)的變電站監(jiān)測系統(tǒng)中，一般采用BITBUS總線和RS-485總線，但在實際應(yīng)用中都有以下缺陷：

a.　BITBUS總線和RS-485總線上只能有一個主節(jié)點，無法構(gòu)成多主系統(tǒng)，一旦主節(jié)點出現(xiàn)故障，系統(tǒng)就不能正常運行，導(dǎo)致整個系統(tǒng)的可靠性較差。

b.　BITBUS總線和RS-485總線的抗干擾能力較差，不適應(yīng)在高電磁環(huán)境下運行，而且其錯誤處理能力也很差。

c. 數(shù)據(jù)通信方式是命令響應(yīng)式，下端節(jié)點只有在收到主節(jié)點的命令以后，才能響應(yīng)，從而造成數(shù)據(jù)不能及時上傳，導(dǎo)致整個系統(tǒng)實時性較差，不適用于開關(guān)柜在線檢測這種要求實時性很高的系統(tǒng)中。

本文采用了目前在測控系統(tǒng)中常用的控制器局域網(wǎng)絡(luò)CAN。CAN 總線采用差分驅(qū)動，可適用于高噪聲干擾的環(huán)境且具有較強的糾錯能力，目前已形成國際標準ISO11898規(guī)范[1]。其價格低廉，可靠性高，結(jié)構(gòu)靈活，為最有前途的現(xiàn)場總線之一。

CAN采用了OSI/ISO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層為基礎(chǔ)，根據(jù)實際需要開發(fā)相應(yīng)的應(yīng)用層通信協(xié)議[1]。CAN 的主要特點如下：

a.　可以多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任意節(jié)點均可以在任意時刻主動地向總線上其他節(jié)點發(fā)送信息，因而可以構(gòu)成多主機系統(tǒng)。

b. 當CAN 節(jié)點嚴重錯誤時，具有自動關(guān)閉輸出的功能，切斷該節(jié)點與總線的聯(lián)系，使總線上的其他節(jié)點及通信不受，故具有較強的抗干擾能力。

c.　采用非破壞性總線仲裁技術(shù)，當2個節(jié)點同時向總線上發(fā)送信息時，優(yōu)先級低的節(jié)點主動停止數(shù)據(jù)發(fā)送，而優(yōu)先級高的節(jié)點可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，節(jié)省了總線沖突仲裁時間，避免了總線沖突。

d.　總線上的節(jié)點信息可以分成不同的優(yōu)先級，以滿足不同的實時要求。

e.　可以用點對點、一點對多點及全局廣播等幾種方式發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。

f.　CAN 的直接通信距離最遠可達10km，此時傳輸速率只能達到5kbit/s;最高通信速率可達到1Mbit/s，此時最大傳輸距離為40m;CAN上的節(jié)點數(shù)實際可達110個。

g.　CAN 采用短幀結(jié)構(gòu)，每幀信息含有8個字節(jié)，并有CRC校驗等檢錯措施，傳輸時間短，保證了數(shù)據(jù)出錯率低。

h.　通信介質(zhì)采用雙絞線、同軸電纜或光纖，選擇靈活。

總之，采用CAN 總線實時性強、可靠性高，用戶接口簡單，非常適用于變電所中構(gòu)成高壓開關(guān)柜故障在線檢測系統(tǒng)。

2　系統(tǒng)總體設(shè)計方案

整個系統(tǒng)通過CAN總線將各采集單元模塊和監(jiān)控機單元連成分布式結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中計算機和各個檢測單元模塊分別有自己的ID標志，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)柜的各種信號參數(shù)，通過CAN總線送至系統(tǒng)監(jiān)控機單元，建立起全變電站高壓開關(guān)柜的數(shù)據(jù)庫，計算機對整個CAN 總線系統(tǒng)進行監(jiān)視管理，具有系統(tǒng)參數(shù)(如傳輸速率、節(jié)點地址等)設(shè)置、數(shù)據(jù)發(fā)送、數(shù)據(jù)接收、本機狀態(tài)查詢、節(jié)點狀態(tài)查詢、中斷狀態(tài)查詢等功能。系統(tǒng)監(jiān)控機單元采用工業(yè)控制機配CAN 總線通信接口卡組成，它接收數(shù)據(jù)采集單元模塊發(fā)來的數(shù)據(jù)，經(jīng)計算機進行相應(yīng)的計算處理得出高壓開關(guān)柜的各個參數(shù)的值，根據(jù)各種參數(shù)及其波形等相關(guān)性質(zhì)，從而具體得出高壓開關(guān)柜的工作狀態(tài)。CAN 總線通信接口卡使工控機能方便地連接到CAN 總線上，它由CAN 接口電路及其與計算機串口的連接電路組成，確保數(shù)據(jù)能準確地在CAN 總線和計算機之間流通。