CAN總線在多電機(jī)軟起動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用

1 引言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，交流電動(dòng)機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中扮演了極為重要的角色，作為各行業(yè)中的主要拖動(dòng)電機(jī)，應(yīng)用更為廣泛。眾所周知，交流電動(dòng)機(jī)在全壓起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流達(dá)到額定電流的5～7倍，會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成沖擊；起動(dòng)轉(zhuǎn)矩約為額定轉(zhuǎn)矩的2倍，加劇機(jī)械結(jié)構(gòu)磨損。為了解決交流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)問題，通常需要使用軟起動(dòng)器進(jìn)行軟起動(dòng)。

當(dāng)前軟起動(dòng)器的監(jiān)控一般由各自獨(dú)立的監(jiān)控單元進(jìn)行，無法對(duì)整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全面的控制和監(jiān)測(cè)。因此，建立一套數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)將各軟起動(dòng)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)連接起來，組成完整的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)就顯得非常必要。

相對(duì)于RS-485等通信標(biāo)準(zhǔn)，CAN（Controller Area Network）總線以其具有的諸多優(yōu)點(diǎn)而在許多領(lǐng)域得到了應(yīng)用。CAN總線是德國Bosch公司于上世紀(jì)80年代初推出的一種多主局域網(wǎng)，CAN通信網(wǎng)絡(luò)是一種全分散、全數(shù)字化的智能雙向、多變量、多點(diǎn)、多站的分布式通信體系，具有可靠性高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)、通信速度塊、成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)。CAN總線是一種非常適合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)惡劣環(huán)境的通信方式。本文介紹了一種基于CAN總線的交流電機(jī)軟起動(dòng)通信系統(tǒng)。

2 CAN通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

交流電機(jī)軟起動(dòng)通信系統(tǒng)由一臺(tái)工控機(jī)作為監(jiān)控主機(jī)，工控機(jī)通過CAN總線接口接入CAN總線，各節(jié)點(diǎn)是由單片機(jī)控制的具有CAN總線數(shù)據(jù)收發(fā)功能的交流電機(jī)軟起動(dòng)器。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

通信系統(tǒng)各部分提供了不同的功能。其中，工控機(jī)控制交流電機(jī)軟起動(dòng)器的工作狀態(tài)，例如軟起動(dòng)、軟停車等，顯示軟起動(dòng)的各項(xiàng)參數(shù)如起動(dòng)電壓、起動(dòng)電流等。軟起動(dòng)器按照工控機(jī)的命令控制交流電機(jī)軟起動(dòng)，并采集電機(jī)起動(dòng)電流、電壓等參數(shù)，通過CAN總線發(fā)往工控機(jī)。

3 CAN通信協(xié)議

本通信系統(tǒng)中，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)長(zhǎng)度不是固定的。工控機(jī)向軟起動(dòng)器下達(dá)的控制命令只有幾個(gè)字節(jié)，而軟起動(dòng)器向工控機(jī)上傳的軟起動(dòng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)一般有幾十個(gè)字節(jié)。因此CAN通信協(xié)議需要有大數(shù)據(jù)量傳輸能力，又要快速高效。由于CAN通信采用短幀結(jié)構(gòu)，每幀有效數(shù)據(jù)長(zhǎng)度最多為8個(gè)字節(jié)，在傳輸數(shù)據(jù)量較大時(shí)，就要將數(shù)據(jù)拆分為多個(gè)幀進(jìn)行傳輸。如果將所有信息和數(shù)據(jù)都放在8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)場(chǎng)中，將會(huì)使傳輸幀中有效數(shù)據(jù)少，通信信息多，降低CAN總線通信效率。所以，本文采用了利用報(bào)文標(biāo)識(shí)符中的仲裁場(chǎng)包含通信控制信息，數(shù)據(jù)場(chǎng)包含實(shí)際數(shù)據(jù)的方法，以提高通信效率。

本系統(tǒng)中，CAN通信采用CAN2.0B標(biāo)準(zhǔn)中帶29位報(bào)文標(biāo)識(shí)符的擴(kuò)展幀。報(bào)文標(biāo)識(shí)符中包含緊急標(biāo)記、目的地址、源地址、幀類型、幀號(hào)，其格式如表1所示。

其中緊急標(biāo)記僅有1位，用來標(biāo)記當(dāng)前幀的優(yōu)先級(jí)，對(duì)于一般信息，該位置1，對(duì)于緊急信息（如三相電壓不平衡、過流、軟起動(dòng)器組件故障等報(bào)警信號(hào)）該位置0，從而使其擁有高優(yōu)先級(jí)，盡快傳送到目的地。