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基于CAN总线的变电站监控系统

发布时间:2020-07-01 00:16:12 阅读: 来源:调速器厂家

引 言控制局域网CAN(Control Area Network)属于现场总线范畴,是一种有效支持分布式控制的串行通信网络[1、2]。相比于传统的RS-422/485总线,CAN总线有以下优越性:a.多主方式工作,网络上任一节点任意时刻主动地向网络上的其他节点发送信息,而不分主从,通信方式灵活;b.数据帧中的数据最多为8个字节,这样不仅可满足工控领域中传送控制命令、工作状态和测量数据的一般要求,而且保证了通信的实时性;N网络上的节点信息分为不同等级,可满足不同的实时要求,高优先级的数据最多可在140μs内得到传输;d.采用非破坏性总线仲裁技术,当多个节点同时发送信息时,优先级较低的节点会主动退出发送,而高优先级的节点可不受影响地传输数据;N的直接通信距离最远可达l0km(速率5kbit/s以下),通信速率最高可达lMbit/s(通信距离40m以下);N节点在自身发生严重错误的情况下具有自动关闭功能,从而保证网络上其他节点的操作不受影响;N协议也是建立在国际标准组织的开放系统互联模型基础上的,不过,其模型结构只有3层,即只取OSI底层的物理层、数据链路层和应用层。由于CAN的数据结构简单,又是范围较小的局域网,因此不需要其他中间层,应用层数据直接取自数据链路层或直接向链路层写数据。结构层次少,有利于系统中实时控制信号的传递。因为对变电站自动化系统的通信可靠性提出了更高的要求:高度的实时性、有效性、抗干扰性,所以研制了基于CAN总线的变电站监控系统。一、基于CAN总线的变电站监控系统1.1 系统的总体结构系统由上位机、通信适配卡、智能终端以及相关软件组成,其系统结构如图1所示。该系统可实现交流数据的采集、处理、控制,对变电站监测监控。本系统的关键硬件是智能终端和通信适配卡的设计。1.2 智能终端设计智能终端主要是一个数据采集模块,安装在现场,直接和设备相连,完成测量、通信和控制功能,其原理结构如图2所示。该智能终端使用的数据采集模块可采集交流数据,它是以单片机C805lF040为核心,对一路馈线电量进行交流数据采集,经过算法运算处理后得到所需参数,通过其CAN口将数据传送到上位机,进行监控。从互感器输出的三相电压、三相电流转换成合适的电压直接送至采样保持器S/H,再送至C805lF040的模拟输入端,经多路选择开关,A/D转换器,送至CPU处理后由CAN口送至上位机。每周期采样64个点,采用均方根值法,和傅里叶算法比较后选其优者。1.3 CAN通信适配卡设计CAN通信适配卡插在上位机的扩展槽上,实现智能终端与上位机之间的高速数据交换。主要由双口RAM、嵌入式微处理器80C188,CAN通信控制器SJAl000,CAN收发器82C250、数据缓存器等组成,其硬件原理结构图如图3所示。该适配卡的CAN总线网络通信功能由嵌入式微处理器80C188和CAN控制器SJAl000完成具体的报文发迭和接收控制任务。该适配卡上的高速双口RAM在PC机和适配卡上的CPU之间建立起双向的数据交换通道,可实现PC机与CAN控制器之间的数据传送。适配卡上带有光电隔离,能避免PC机由于环流造成的损坏,增强了系统在现场环境中使用的可靠性,提高了抗干扰能力。

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