適用于變電站的CAN現(xiàn)場總線通信適配卡的設(shè)計(jì)

1、前言
隨著變電站自動(dòng)化程度的不斷提高，自動(dòng)化系統(tǒng)變得龐大和復(fù)雜。在一個(gè)變電站自動(dòng) 化系統(tǒng)中往往包括微機(jī)監(jiān)控、微機(jī)保護(hù)、電能質(zhì)量自動(dòng)控制等多個(gè)子系統(tǒng)，而且在各個(gè)子系 統(tǒng)中，又有多個(gè)智能模塊。因此，在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中必須進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)各個(gè)系統(tǒng) 內(nèi)部和各子系統(tǒng)之間的信息交換和共享，以提高系統(tǒng)的整體安全性和可靠性［1］。 現(xiàn)場總線技術(shù)是20世紀(jì)80年代中期在國際上發(fā)展起來并應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場的、在微機(jī)化測量控 制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通信的系統(tǒng)［2］。現(xiàn)場總線技術(shù)將專用的微處 理器置入傳統(tǒng)的測量控制儀表中，使它們各自都具有數(shù)字計(jì)算和數(shù)字通信能力，采用可進(jìn)行 簡單連接的雙絞線作為總線，把多個(gè)測量控制儀表連接成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并按公開、規(guī)范的通信 協(xié)議，在現(xiàn)場的多個(gè)微機(jī)化測量控制設(shè)備之間以及現(xiàn)場儀表與遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間，實(shí)現(xiàn)數(shù) 據(jù)傳輸與信息交換，形成適應(yīng)各種實(shí)際需要的自動(dòng)控制系統(tǒng)［3］。

根據(jù)采用的協(xié)議的不同，現(xiàn)場總線技術(shù)可分為很多種，常用的有：FF總線，Lonworks 總線，PROFIBUS總線，HART總線，CAN總線。由于CAN總線采用了許多新 技術(shù)及獨(dú)特設(shè)計(jì)，使得其數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性。目前，在變電站綜 合自動(dòng)化系統(tǒng)中CAN總線已有少量應(yīng)用，其中的通信適配卡多為非智 能型的，即在卡上未采用微處理器。本文所介紹的適配卡采用89C52作為微控制器，將 大大減少PC主機(jī)的通信負(fù)擔(dān)。且在設(shè)計(jì)中使用最新的EPLD器件作為雙口RAM的 邏輯控制和中斷信號(hào)控制，使得電路比較簡單，而且具有很好的可擴(kuò)展性。?

2、CAN現(xiàn)場總線的技術(shù)特點(diǎn)及通訊適配 卡的功能

CAN現(xiàn)場總線的技術(shù)特點(diǎn)：
(1)CAN總線是到目前為止唯一有國際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線；

(2)CAN為多主工作方式，網(wǎng)絡(luò)上的任一節(jié)點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)的向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點(diǎn)發(fā) 送信息，而不分主從；在報(bào)文標(biāo)識(shí)符上，CAN上的節(jié)點(diǎn)分成不同的優(yōu)先級(jí)，可滿足不同 的實(shí)時(shí)要求，優(yōu)先級(jí)高的數(shù)據(jù)最多可在134μs內(nèi)得到傳輸；

(3)CAN采用非破壞總線仲裁技術(shù)；

(4)CAN節(jié)點(diǎn)只需通過對(duì)報(bào)文的標(biāo)識(shí)符濾波即可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)及全局廣播等幾 種方式傳送接受數(shù)據(jù)；

(5)CAN的直接通信距離可遠(yuǎn)達(dá)10km(輸率5kbs以下)，通信速率最高可達(dá)1M bps(此時(shí)通信距離最長為40m)；

(6)CAN上的節(jié)點(diǎn)數(shù)主要取決于總線驅(qū)動(dòng)電路，目前可達(dá)110個(gè)；報(bào)文采用短幀的結(jié)構(gòu)， 傳輸時(shí)間短，受干擾率低，保證了數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低；

(7)CAN的每幀信息都有CRC校驗(yàn)及其它檢錯(cuò)措施，具有極好的檢錯(cuò)效果；

(8)CAN的通信介質(zhì)可為雙絞線，同軸電纜或光纜，選擇靈活；CAN節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重 的情況下具有自動(dòng)關(guān)閉輸出功能，以使總線上其他節(jié)點(diǎn)的操作不受影響；CAN總線具有 較高的性能價(jià)格比。

在變電站現(xiàn)場采集到的很多數(shù)據(jù)通過兩根電纜（一般采用雙絞線）傳到上位機(jī)（一臺(tái)PC 微機(jī)）上，PC機(jī)與CAN總線有兩種連接方式［4］：一種是通過轉(zhuǎn)換器與微機(jī) 的串口相連；一種是在PC的擴(kuò)展槽里插一塊適配卡，該卡上具有CAN接口和PC 擴(kuò)展接口，對(duì)于交換的數(shù)據(jù)較多時(shí)，一般采用這種方式。CAN適配卡的作用主要有兩個(gè) ：

(1)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，適配卡把總線上各個(gè)節(jié)點(diǎn)的信息轉(zhuǎn)發(fā)給PC機(jī)，并將PC機(jī)的命令和 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給各個(gè)節(jié)點(diǎn)；

(2)用于完成CAN總線上用戶的部分監(jiān)控和管理任務(wù)。