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(kāi)關(guān)柜功能智能化系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用，使高壓開(kāi)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。 1　CAN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-485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總線的抗干擾能力較差，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(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(kāi)關(guān)柜在線檢測(cè)這種要求實(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)CAN。CAN 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)能力，目前已形成國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO11898規(guī)范。其價(jià)格低廉，可靠性高，結(jié)構(gòu)靈活，為最有前途的現(xiàn)場(chǎng)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(shí)際需要開(kāi)發(fā)相應(yīng)的應(yīng)用層通信協(xié)議。CAN 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，因而可以構(gòu)成多主機(jī)系統(tǒng)。 b. 當(dāng)CAN 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)系，使總線上的其他節(jié)點(diǎn)及通信不受影響，故具有較強(qiáng)的抗干擾能力。 c.　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)停止數(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)傳輸數(shù)據(jù)，節(jié)省了總線沖突仲裁時(shí)間，避免了總線沖突。 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(yuǎn)可達(dá)10km，此時(shí)傳輸速率只能達(dá)到5kbit/s；最高通信速率可達(dá)到1Mbit/s，此時(shí)最大傳輸距離為40m；CAN上的節(jié)點(diǎn)數(shù)實(shí)際可達(dá)110個(gè)。 g.　CAN 采用短幀結(jié)構(gòu)，每幀信息含有8個(gè)字節(jié)，并有CRC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，選擇靈活。 總之，采用CAN 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(kāi)關(guān)柜故障在線檢測(cè)系統(tǒng)。 　　 2　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 高壓開(kāi)關(guān)柜在線檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。 整個(gè)系統(tǒng)通過(guò)CAN總線將各采集單元模塊和監(jiān)控計(jì)算機(jī)單元連成分布式結(jié)構(gòu)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(kāi)關(guān)柜的各種信號(hào)參數(shù)，通過(guò)CAN總線送至系統(tǒng)監(jiān)控機(jī)單元，建立起全變電站高壓開(kāi)關(guān)柜的數(shù)據(jù)庫(kù)，計(jì)算機(jī)對(duì)整個(gè)CAN 總線系統(tǒng)進(jìn)行監(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(lái)的數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算處理得出高壓開(kāi)關(guān)柜的各個(gè)參數(shù)的值，根據(jù)各種參數(shù)及其波形等相關(guān)性質(zhì)，從而具體分析得出高壓開(kāi)關(guān)柜的工作狀態(tài)。CAN 總線通信接口卡使工控機(jī)能方便地連接到CAN 總線上，它由CAN 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CAN 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)行傳送，而CAN 總線信號(hào)是以幀為單位進(jìn)行傳送的，因此要想在計(jì)算機(jī)串口與CAN 總線之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，就必須有CAN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CAN 總線發(fā)出的信號(hào)進(jìn)行格式轉(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CAN 總線通信接口卡硬件電路設(shè)計(jì)如圖2所示，圖中省略了振蕩電路和復(fù)位電路。 3.1　CAN 接口電路 3.1.1　CAN 控制器的選取 采用SJA1000芯片，它支持CAN2.0B通信協(xié)議，它與僅支持CAN2.0A的CAN控制器PCA82C200在硬件和軟件上完全兼容，并在其基礎(chǔ)上增加了新功能：標(biāo)準(zhǔn)幀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和擴(kuò)展幀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這兩種幀格式都有單2 雙接收過(guò)濾器；64byte的接收FIFO；可讀寫(xiě)訪問(wèn)的錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器和錯(cuò)誤限制報(bào)警及只聽(tīng)方式等。 3.1.2　CAN 收發(fā)器 PCA82C250是Philips公司的CAN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)送和接收能力。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PCA82C250是為了增大通信距離，提高系統(tǒng)的瞬間抗干擾能力，保護(hù)總線等作用。 3.1.3　光電隔離 為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)的抗干擾能力，在控制器SJA1000和收發(fā)器PCA82C250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AT89C51為處理器，它是ATMEL公司8位單片機(jī)，與MCS51完全兼容，內(nèi)部集成有4kbit/s的閃速E2PROM，工作頻率最高可達(dá)20MHz。 3.1.5　電平轉(zhuǎn)換芯片的選取 在CAN 接口電路中，AT89C51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)行電平轉(zhuǎn)換。MAXIM公司生產(chǎn)的MAX202芯片是在缺少±12V電源時(shí)進(jìn)行RS-232/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CAN接口電路的電源互不受干擾，還在MAX202與AT89C51之間采用光電耦合器，以達(dá)到電源隔離的目的。 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(pán)電路、模擬量輸入電路、開(kāi)關(guān)量輸入/輸出電路、CAN 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C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)軟件。CAN總線各節(jié)點(diǎn)與AT89C51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、AT89C51通信程序、CAN節(jié)點(diǎn)初始化程序、CAN數(shù)據(jù)發(fā)送、接收程序以及CAN總線出錯(cuò)處理程序等。CAN控制器SJA1000的內(nèi)部寄存器作為AT89C51芯片的片外寄存器，AT89C51和SJA1000之間進(jìn)行狀態(tài)、控制和數(shù)據(jù)的交換都是通過(guò)SJA1000在復(fù)位模式或工作模式下對(duì)這些寄存器的讀寫(xiě)完成的。 在初始化CAN內(nèi)部寄存器時(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。為提高通信的實(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Basic CAN模式下的初始化流程圖（圖3）及數(shù)據(jù)接收的源程序。 采用CAN總線技術(shù)組成的變電站高壓開(kāi)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(guò)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(kāi)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)行檢修，避免事故發(fā)生。 　　 5　結(jié)束語(yǔ) 在變電站高壓開(kāi)關(guān)柜在線檢測(cè)系統(tǒng)中應(yīng)用了CAN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)方法同樣適合于其他基于CAN總線的分布式控制系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。