基于CAN總線可通信智能電流繼電器的設(shè)計(jì)

摘要：通過(guò)對(duì)一種基于微處理器和CAN總線可通信智能電流繼電器的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)的限時(shí)速切繼電保護(hù)功能需要電磁式電流繼電器、時(shí)間繼電器和信號(hào)繼電器組合在一起才能實(shí)現(xiàn)的功能。在此設(shè)計(jì)的可通信智能電流繼電器，不僅能夠完成限時(shí)速切功能，還可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)電器與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)雙向通信功能，可對(duì)繼電器的動(dòng)作參數(shù)(電流值、時(shí)間值)進(jìn)行顯示、設(shè)定和修改，通過(guò)總線系統(tǒng)實(shí)達(dá)到遙調(diào)、遙控的目的，進(jìn)一步使得繼電器的性能得到提高，滿(mǎn)足電力系統(tǒng)的要求。
關(guān)鍵詞：節(jié)點(diǎn)；可通信電器；智能繼電器；CAN總線

0 引言
傳統(tǒng)繼電器檢測(cè)和保護(hù)功能多由電磁器件完成，其動(dòng)作時(shí)間長(zhǎng)，保護(hù)精度低，已不能滿(mǎn)足現(xiàn)代輸、配電系統(tǒng)自動(dòng)化的需要。智能化低壓電器在國(guó)外取得很大進(jìn)展，其強(qiáng)大功能的充分發(fā)揮，必須依賴(lài)于低壓配電與控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化。國(guó)外主要低壓電器制造商開(kāi)發(fā)的新一代低壓產(chǎn)品，其技術(shù)特點(diǎn)主要是可通信，能與現(xiàn)場(chǎng)總線連接，這種技術(shù)給低壓電器帶來(lái)革命性的變化，為此對(duì)低壓電器提出了可通信要求。因此，能實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)通信、集中監(jiān)控的智能化電器越來(lái)越成為需要。其主要特征是在智能化的基礎(chǔ)上具備基于現(xiàn)場(chǎng)總線的可通信特點(diǎn)。
本文研究的電力系統(tǒng)限時(shí)速切繼電器的保護(hù)功能，是采用微處理技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)等設(shè)計(jì)的可通信的智能化繼電器。在以可通信的智能化電器系統(tǒng)應(yīng)用中，現(xiàn)場(chǎng)總線是連接智能化現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸和多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。這里研究的限時(shí)速切繼電器，以CAN總線(Controller Area Network)作為一種支持分布式控制的底層串行通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)電器與上位機(jī)之間的信息傳遞，具有通信實(shí)時(shí)性好、可靠性高、連接使用方便靈活等特點(diǎn)，非常符合國(guó)內(nèi)低壓電器的發(fā)展趨勢(shì)。

1 基于CAN總線的可通信智能繼電器總體設(shè)計(jì)
在采用總線連接微機(jī)和微處理器系統(tǒng)構(gòu)成的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)中，由微處理器系統(tǒng)構(gòu)成的下位節(jié)點(diǎn)都能夠獨(dú)立完成一定功能，還可進(jìn)行直接的參數(shù)設(shè)定和顯示等，每個(gè)下位節(jié)點(diǎn)都可通過(guò)總線將數(shù)據(jù)傳送給上位PC監(jiān)控節(jié)點(diǎn)或其它相關(guān)的節(jié)點(diǎn)，使相互關(guān)聯(lián)的繼電保護(hù)裝置之間具有了數(shù)據(jù)交換的功能，可以協(xié)調(diào)工作。
本文設(shè)計(jì)的限時(shí)速切繼電器，在CAN總線上連接一個(gè)上位監(jiān)控PC節(jié)點(diǎn)和3個(gè)下位智能電流繼電器節(jié)點(diǎn)，構(gòu)建智能繼電器的監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。

為了增強(qiáng)通信的可靠性，CAN總線網(wǎng)絡(luò)的2個(gè)端點(diǎn)通常要加入終端匹配電阻，阻值的大小由傳輸電纜的特性阻抗所決定。系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用雙絞線連接，特性阻抗為120 Ω，則總線上的2個(gè)端點(diǎn)集成120 Ω的終端電阻即可。

2 基于CAN總線的可通信智能繼電器硬件設(shè)計(jì)
智能繼電器節(jié)點(diǎn)的硬件組成主要包括：主控單元、測(cè)控電路(數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)換、監(jiān)控存儲(chǔ)電路、按鍵和顯示部分、動(dòng)作信號(hào))、CAN通信接口和電源等部分組成，如圖2所示。

2．1 主控制器
鑒于P87C591強(qiáng)大的80C51性能和A／D轉(zhuǎn)換及cAN相關(guān)特性，對(duì)于我們開(kāi)發(fā)基于CAN總線通信的智能繼電器是非常適合的。因此，系統(tǒng)的主控制器選用功能強(qiáng)大的P87C591單片機(jī)，作為主控制器的首選芯片。不但可以滿(mǎn)足數(shù)據(jù)處理的要求，還可不必外接CAN控制器直接實(shí)現(xiàn)CAN通信功能，大量節(jié)省了硬件資源。