CAN總線技術在功率因素動態(tài)補償系統(tǒng)中的應用

1. 前 言

　　上世紀90年代興起的現(xiàn)場總線技術是用于現(xiàn)場儀表與控制系統(tǒng)和控制室之間的一種全分散、全數(shù)字化、智能、雙向、多節(jié)點的通信系統(tǒng)結構，它是控制結構的一次革命;系統(tǒng)把控制的權力很大部分交給了處于現(xiàn)場的智能節(jié)點，交互信息通過現(xiàn)場總線傳送。現(xiàn)場總線式的控制系統(tǒng)正在逐步取代集散式的控制系統(tǒng)而成為主流系統(tǒng);其中，CAN總線由于可靠性高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強、通信實時性好、系統(tǒng)造價低廉、維護成本低等特點而具有廣泛的應用前景。

2. CAN總線概述

　　CAN總線是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通信網(wǎng)絡。CAN可實現(xiàn)全分布式多機系統(tǒng)，且無主、從機之分;CAN可以用點對點、一點對多點及全局廣播幾種方式傳送和接收數(shù)據(jù);CAN直接通訊距離最遠可達10km（傳輸率為5kbps），通訊速率最高可達1Mbps（傳輸距離為40m）;CAN總線上節(jié)點數(shù)可達110個。

　　CAN根據(jù)優(yōu)先權進行總線訪問仲裁，總線中的數(shù)值為兩種互補邏輯數(shù)值之一：“顯形”或“隱性”?！帮@形”數(shù)值表示邏輯“0”，而“隱性”表示邏輯“1”?！帮@形”和“隱性”位同時發(fā)送時，最后總線數(shù)值將為“顯形”。CAN總線數(shù)值信號內(nèi)部包含傳輸?shù)刂罚此^的標識符（ID），標識符還兼有識別優(yōu)先權的作用。當許多節(jié)點一起開始發(fā)送數(shù)據(jù)時，首先發(fā)送標識符，每個發(fā)送器將發(fā)送電平同總線上監(jiān)測到的電平進行比較，若相等則發(fā)送器繼續(xù)發(fā)送;當送出一個“隱性”電平，而監(jiān)測到的為“顯形”電平時，表明節(jié)點丟失仲裁，并且不再發(fā)送更多位。顯而易見，標識符越低，節(jié)點優(yōu)先權越高。CAN總線信號傳輸為廣播式，所有的節(jié)點都可以監(jiān)聽到總線上的信號，當節(jié)點監(jiān)測到總線上的數(shù)據(jù)幀的標識符與自己的標識符相符時就接收數(shù)據(jù)幀。錯誤監(jiān)測和自動隔離性能確保了總線正常工作。

3 功率因素動態(tài)補償系統(tǒng)

　　功率因素動態(tài)補償系統(tǒng)對低壓電力系統(tǒng)的無功功率進行實時監(jiān)測、動態(tài)補償，對電網(wǎng)運行狀態(tài)和負載用電狀態(tài)通過電壓、電流互感器間接監(jiān)測。本系統(tǒng)在保證系統(tǒng)可靠工作和降低成本的條件下，考慮到通用性、實時性和擴展性等方面的因素，采用了主要由上位計算機系統(tǒng)和網(wǎng)絡節(jié)點模塊構成的系統(tǒng)結構。系統(tǒng)的總體結構如圖1所示。智能節(jié)點通過對各個模擬量和開關量信息的采集檢測，達到電力的合理調(diào)配，并且將有關參數(shù)通過CAN總線控制器由CAN總線傳遞給上位機。上位機完成故障錄波、自動數(shù)據(jù)分析、人機界面顯示和報表打印等。補償單元是由電容器組和晶閘管觸發(fā)電路組成，它根據(jù)智能節(jié)點的解算值投入電容器來產(chǎn)生補償電流注入低壓電網(wǎng)，以此補償無功功率。

4. CAN總線在功率因素動態(tài)補償系統(tǒng)的應用

　　上位計算機系統(tǒng)由通用個人計算機以及接通至通用PC機內(nèi)部的CAN總線通信接口適配卡PCCAN組成。該系統(tǒng)負責系統(tǒng)的總體調(diào)度，向網(wǎng)絡節(jié)點發(fā)送命令，接收節(jié)點數(shù)據(jù)，并對節(jié)點信息加以分析、存儲、顯示及打印。智能節(jié)點負責對電流及功率進行檢測，并對無功功率進行補償。智能節(jié)點模塊中采用以80C196KC微處理器為核心的硬件結構。Intel公司的高性能16位單片機80C196采用CHMOS工藝，具有功耗低、運行速度快、集成度高等優(yōu)點。該控制器硬件結構CPU沒有采用習慣的累加器結構，改用寄存器-寄存器結構，消除了累加器存在時的瓶頸效應，提高了操作速度和數(shù)據(jù)吞吐能力。這些特點使得80C196很適合用于數(shù)據(jù)量大、功能復雜的現(xiàn)場控制器中。CAN通信接口采用SJA1000通信控制器和82C250總線接受器。SJA1000是PHILIPS公司生產(chǎn)的獨立CAN通信控制器，它是82C200的替代產(chǎn)品，引腳與82C200兼容。82C250是CAN控制器和物理總線間的接口芯片，它提供對總線的差動發(fā)送能力和對CAN控制器的差動接受能力。CAN硬件接口電路如圖2所示：

　　SJA1000的AD0至AD7是分時復用地址/數(shù)據(jù)線，與單片機的系統(tǒng)總線引腳P1.0 至P1.7相連作為單片機的外部擴展存儲器。SJA1000的INT腳與HSI.0腳相連，當中斷允許時，一旦有中斷發(fā)生，SJA1000的16腳INT就會被激活，出現(xiàn)一個由高電平到低電平的跳變，而80C196KC的外部中斷HSI.0接受這一中斷信號后，CPU隨即響應中斷，由執(zhí)行其他任務轉(zhuǎn)向為執(zhí)行該中斷任務。