CAN总线在变电站高压开关柜在线检测系统中的应用

1、CAN总线在变电站高压开关柜在线检测系统中的应用摘要：针对我国变电站目前大多采用基于BITBUS总线和RS-485总线构建的监控网络系统所存在的缺点，介绍了一种利用AN总线的高压开关柜在线检测系统，能更好地完善变电站监控系统的功能，提出了其主要硬件和软件的设计方案和施行并介绍了应用效果。关键词：在线检测系统AN总线现场总线由于电子信息技术的进步，现场总线技术已经在高压开关柜功能智能化系统中得到了广泛应用，使高压开关柜的在线检测系统形成了一个分布式的监测系统，并使整个系统较传统的集中监测系统性能增强，功能更为完善。1AN总线技术及其特点在传统的变电站监测系统中，一般采用BITBUS总线和RS-4

2、85总线，但在实际应用中都有以下缺陷：a.BITBUS总线和RS-485总线上只能有一个主节点，无法构成多主系统，一旦主节点出现故障，系统就不能正常运行，导致整个系统的可靠性较差。b.BITBUS总线和RS-485总线的抗干扰才能较差，不适应在高电磁环境下运行，而且其错误处理才能也很差。.数据通信方式是命令响应式，下端节点只有在收到主节点的命令以后，才能响应，从而造成数据不能及时上传，导致整个系统实时性较差，不适用于开关柜在线检测这种要务实时性很高的系统中。本文采用了目前在工业测控系统中常用的控制器局域网络AN。AN总线采用差分驱动，可适用于高噪声干扰的环境且具有较强的纠错才能，目前已形成国际

3、标准IS11898标准1。其价格低廉，可靠性高，构造灵敏，为最有前途的现场总线之一。AN采用了SI/IS模型全部7层中的2层，即物理层和数据链路层，用户可以这2层为根底，根据实际需要开发相应的应用层通信协议1。AN的主要特点如下：a.可以多主方式工作，网络上任意节点均可以在任意时刻主动地向总线上其他节点发送信息，因此可以构成多主机系统。b.当AN节点严重错误时，具有自动关闭输出的功能，切断该节点与总线的联络，使总线上的其他节点及通信不受影响，故具有较强的抗干扰才能。.采用非破坏性总线仲裁技术，当2个节点同时向总线上发送信息时，优先级低的节点主动停顿数据发送，而优先级高的节点可不受影响地继续传输

4、数据，节省了总线冲突仲裁时间，防止了总线冲突。d.总线上的节点信息可以分成不同的优先级，以满足不同的实时要求。e.可以用点对点、一点对多点及全局播送等几种方式发送和接收数据。f.AN的直接通信间隔 最远可达10k，此时传输速率只能到达5kbit/s；最高通信速率可到达1bit/s，此时最大传输间隔 为40；AN上的节点数实际可达110个。g.AN采用短帧构造，每帧信息含有8个字节，并有R校验等检错措施，传输时间短，保证了数据出错率低。h.通信介质采用双绞线、同轴电缆或光纤，选择灵敏。总之，采用AN总线实时性强、可靠性高，用户接口简单，非常适用于变电所中构成高压开关柜故障在线检测系统。2系统总体

5、设计方案高压开关柜在线检测系统构造如图1所示。整个系统通过AN总线将各采集单元模块和监控计算机单元连成分布式构造的现场控制网络，网络中计算机和各个检测单元模块分别有自己的ID标志，且保证各自的ID不重复。由数据采集单元模块采集开关柜的各种信号参数，通过AN总线送至系统监控机单元，建立起全变电站高压开关柜的数据库，计算机对整个AN总线系统进展监视管理，具有系统参数如传输速率、节点地址等设置、数据发送、数据接收、本机状态查询、节点状态查询、中断状态查询等功能。系统监控机单元采用工业控制机配AN总线通信接口卡组成，它接收数据采集单元模块发来的数据，经计算机进展相应的计算处理得出高压开关柜的各个参数的

6、值，根据各种参数及其波形等相关性质，从而详细分析得出高压开关柜的工作状态。AN总线通信接口卡使工控机能方便地连接到AN总线上，它由AN接口电路及其与计算机串口的连接电路组成，确保数据能准确地在AN总线和计算机之间流通。3硬件电路设计由于计算机串口是标准的RS-232接口，发出的数据信号是以字节为单位进展传送，而AN总线信号是以帧为单位进展传送的，因此要想在计算机串口与AN总线之间进展数据传送，就必须有AN总线通信接口卡，此卡的作用就是把计算机串口发出的信号和AN总线发出的信号进展格式转换，使每一方都能识别对方发送来的信号，实现数据流通。本文AN总线通信接口卡硬件电路设计如图2所示，图中省略了振

7、荡电路和复位电路。转贴于论文联盟.ll.3.1AN接口电路23.1.1AN控制器的选取采用SJA1000芯片，它支持AN2.0B通信协议，它与仅支持AN2.0A的AN控制器PA82200在硬件和软件上完全兼容，并在其根底上增加了新功能：标准帧数据构造和扩展帧数据构造，这两种帧格式都有单2双接收过滤器；64byte的接收FIF；可读写访问的错误计数器和错误限制报警及只听方式等。3.1.2AN收发器PA82250是Philips公司的AN控制器和物理总线间的接口，可提供对总线的差动发送和接收才能。它有三种不同的工作方式：高速、备用和斜率控制。一般采用斜率控制方式。硬件电路中使用PA82250是为了

8、增大通信间隔 ，进步系统的瞬间抗干扰才能，保护总线等作用。3.1.3光电隔离为了进一步进步系统的抗干扰才能，在控制器SJA1000和收发器PA82250之间增加了由高速隔离器件6N137构成的隔离电路。3.1.4单片机的选取装置选用AT8951为处理器，它是ATEL公司8位单片机，与S51完全兼容，内部集成有4kbit/s的闪速E2PR，工作频率最高可达20Hz。3.1.5电平转换芯片的选取在AN接口电路中，AT8951芯片使用的是TTL电平，而从计算机串口输出的是RS-232电平，因此要想计算机串口与单片机连接，必须进展电平转换。AXI公司消费的AX202芯片是在缺少12V电源时进展RS-2

9、32/TTL双向电平转换芯片，它的供电电源是单+5V，电平转换的速度的最大值不小于120kbit/s。为了使计算机的电源与AN接口电路的电源互不受干扰，还在AX202与AT8951之间采用光电耦合器，以到达电源隔离的目的。3.1.6数据采集单元电路采集单元电路一般由微处理器外加显示键盘电路、模拟量输入电路、开关量输入/输出电路、AN总线通信接口电路、实时时钟电路等组成。4软件设计系统采用语言开发软件。AN总线各节点与AT8951要有效、实时地完成数据通信，软件的设计是关键，也是难点。软件设计主要包括计算机串口通信程序、AT8951通信程序、AN节点初始化程序、AN数据发送、接收程序以及AN总线

10、出错处理程序等。AN控制器SJA1000的内部存放器作为AT8951芯片的片外存放器，AT8951和SJA1000之间进展状态、控制和数据的交换都是通过SJA1000在复位形式或工作形式下对这些存放器的读写完成的。在初始化AN内部存放器时，注意使得各节点的位速率必须一致，而且收、发双方必须同步。数据的接收主要有中断和查询接收两种方式。为进步通信的实时性，采用中断接收方式，而且这样也可保证接收缓存器不会出现数据溢出现象。下面给出SJA1000工作在BasiAN形式下的初始化流程图图3及数据接收的源程序。采用AN总线技术组成的变电站高压开关柜在线检测系统已在中小型变电站中得到应用，经过实际运行，具有很好的可靠性和抗干扰性，能更好地掌握高压开关柜的运行状态，稳定显示出各参数的波形，可以及时对设备进展检修，防止事故发生。5完毕语在变电站高压开关柜在线检测系统中应用了AN总线技术，设计了主要硬、软件，并得到实际应用。其硬件电路和软件的设计方法同样合适于其他基于AN总线的分布式控制系统的节点设计。SJA1000stand-alneANntrller,Philipsdatasheet.Philipsseindutr-arl