CAN總線在分布式變電所自動化系統中應用

　　變電所自動化系統主要由各種開關的智能控制單元、電氣參數測量單元和繼電保護裝置構成，在這些智能化設備之間存在著信息交換的需要，同時整個變電所自動化系統還要與調度中心進行信息交換。通信網絡在變電所測控自動化系統中擔當著及時準確地傳送控制命令、及時反饋回控制結果、變電所電氣參數和設備各種狀態的任務，其重要性不言而喻。本文通過一個實際應用例子，討論把CAN總線應用于分布式變電所自動化系統中方案的確定、軟硬件設計中注意的相關問題。

2　變電所測控自動化系統的常用通信模式

??? 2．1　并行通信

　　并行通信模式多用于各種智能化儀器與微機之間的通訊，具有數據吞吐能力強的優點，同時，系統造價、長距離通信時抗干擾能力是制約其廣泛應用于變電所自動化系統的主要原因之一。這種通信方式在變電所中，主要應用在報表打印方面。

??? 2．2　串行通信

　　RS232，CCITTV．24，V．11等通信標準在計算機數據傳輸領域內被長期而廣泛地應用，較低的價格、較高抗干擾能力是他們的優點，但較低的通信速率和點對點傳輸方式成為制約他們廣泛應用于變電所自動化系統通信網絡的主要原因之一。RS232在變電所的各種測量、控制和保護裝置上應用較多。

??? 2．3　現場總線

　　分布式變電所自動化系統是由測量、控制和保護等智能單元構成的一個有機整體，在整個變電所中分散安裝有針對以上特點，在最低層次上設計出的一種造價低廉、通信吞吐能力較強而又能有效抵御現場環境電磁干擾的通信系統。

　　現場總線由于在抗干擾能力、造價等方面的優點，成為自動化系統中網絡構成的重要選擇對象，現場總線有很多種，各有長處，根據變電所自動化系統的實際情況，在應用中選擇了控制器局域網。

　　控制器局域網是一種支持分布式實時控制系統的通信網絡，屬于現場總線的一種。CAN總線是一種多主(或無主)總線，總線上各節點均處于平等地位，該總線的一個顯著特點是無破壞性信息傳輸，最高通信速率可以達到1 Mb/s，每次發送報文長度8 B，超過8 B長度的報文必須進行分割和拼接處理。

3　CAN總線應用方案的確定、硬件設計中的注意事項　　

??? 目前變電所許多測量、控制和保護裝置多數帶有串行通信接口，在硬件平臺和應用軟件方面的開發趨于成熟，采用何種通信網絡，就不能不兼顧原有系統的技術現狀，在對系統進行技術經濟比較后，提出如圖1所示的系統方案。

該方案考慮了原有的測量、控制和保護等裝置，軟硬件上不作改動，只是在原裝置與網絡之間增加一個RS232和CAN總線的轉換器，考慮到變電所網絡信息的吞吐量不大，該轉換器以51單片機為核心，利用單片機的RS232接口與微機測量、微機控制和微機保護進行通信，在51單片機上擴展一個CAN總線接口，所需的＋5 V電源也從測量、控制和保護裝置中獲得(51的RS232接口芯片采用單一＋5 V電源的那種)。此外，主控臺以工業控制機為核心，同時擔負變電所內部通信管理任務和與遠方調度中心的通信任務，在工業控制機中直接選用一塊CAN總線插卡就可以了。

　　該方案的優點是開發周期短，無需對原有測量、控制和保護裝置進行大的改動。值得注意的是，CAN總線對網絡節點數是有限制的。另外，在選擇通信速率時，也要考慮通信距離的限制，在實際應用中，根據系統通信流量的評估和變電所實際情況，選擇通信速率為50 kb/s，對應的通信距離限制為1．3 km。

??? 4　CAN總線應用中編程注意事項

　　CAN總線協議根據接口芯片不同可以有版本2．0A和2．0B兩種，兩者差別不大，對于應用者來說，更重要的是如何收發信息。

　　在變電所自動化系統中，有些信息的字節數可以比較短(如開關變位信號的傳送)，在8 B內，這種報文可以一次發送完畢。而有些信息的字節數較長(如測量數據)，無法把一幀報文一次發送完畢，因此，在發送軟件模塊中需要進行把報文分成幾段，每次發送一段。同樣地，在接收時，需要進行判別，如果是在8 B長度內的報文，則無需另外處理，如果報文內容的字節數超過8 B，就對所接收的信息進行報文恢復處理。為了對報文進行恢復，在進行報文幀打包時，在報文中加入報文長度內容。只有完全接收完畢的報文才送入報文解析處理環節中。

在應用中應該注意的另外一個問題是，CAN總線控制器在實際運行中，存在著進入總線脫離狀態的可能，在應用軟件中應加入訪問總線狀態的模塊，如果發現控制器處于總線脫離狀態，要及時對總線控制器進行復歸操作。

??? 5　結語

　　本文所提以CAN總線網絡為核心的變電所自動化系統已經通過調試后投入實際運行，網絡通信速率采用50 kb/s，運行情況良好，控制響應快、狀態變位上傳迅速，整個系統運行情況完全達到設計要求。