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变电站自动化系统中基于CAN总线的数据通信 变电站自动化系统中基于CAN总线的数据通信翟永昌，李永丽（天津大学电力及自动化工程系，天津300072） 1引言 变电站自动化系统用于实现对变电站内设备和进出供电线路的监视，控制，保护，开关闭锁，远方信息交 换。随着计算机软硬件及网络技术的发展，现在一般的变电站自动化系统都实现了分散分布式的结构，将整个 系统分为变电站层和间隔层。变电站层包括综合操作屏、应用主机、实现软件开发和管理的工程师主机、全站 性的监控、通讯、远动主机；间隔层一般按断路器间隔进行划分，每个间隔层设备实现一个断路器的功能。 间隔层有很多保护测控装置，怎样实现这些测控装置与变电站层的各主机的通讯，保证数据传输的速率与 质量，增强抗干扰能力，就成为通讯模块需要集中解决的问题。CAN总线能满足这些条件，实际运行中也被大量 的使用。现场运行表明CAN（ControllerAreaNetwork，控制器局域网）总线符合变电站自动化系统的数据通讯 的要求。 如图1所示，基于CAN总线的间隔层与变电站层的数据通讯系统组织原理图。其中从保护测控装置到PC （PersonalComputer，个人计算机）机的数据传输由数据通信模块实现，主要包括三部分：RS－485／CAN转 换，CAN总线，CAN到PC机的通讯。 下面针对数据通讯系统分别介绍各部分的设计方案和工作原理。 2RS－／CAN的转换 间隔层的测控设备一般都留有485口，既可以保证数据通讯的质量和距离，又方便于测控设备微控制器的开 发。要使系统的CAN总线正常工作，首先需要进行RS－485（串行接口链接标准）与CAN总线的数据转换。 图2为RS－485／CAN转换设计方案示意图。图中：DS96176为RS－485的总本文来自 / 试验设备网 转载请标明出处。线收发器； SJA1000为CAN控制器； 6N137为光电隔离； 82C250为CAN总线收发器。 这样，在微控制器中加载适当的数据收发和转化程序，就可以实现RS－485／CAN的转换。 3CAN总线 现场总线的种类很多。CAN总线由于传输速度快，可靠性高等特点，为变电站自动化系统广泛采用。 CAN总线的主要特点： （1）CAN为多主方式工作。网络上任一节点、任意时刻主动地向网络上的其他节点发送信息，而不分主 从，通信方式灵活； （2）CAN采用短帧结构。数据帧中的数据最多为8个字节，这样不仅满足了控制领域中传送控制命令、工作 状态和测量数据的一般要求，而且保证了通信的实时性。CAN网络上的节点信息分为不同等级，可满足不同的实 时要求。高优先级的数据最多可在134μs内得到传输； （3）CAN采用非破坏性总线总裁技术，当多个节点同时发送信息时，优先级较低的节点会主动退出发送， 而高优先级的节点可不受影响地传输数据。CAN的直接通信距离最远可达10km（速率5kb／s以下）；通信速率最 高可达1Mb／s（通信距离40m以下）。CAN节点在自身发生严重错误的情况下具有自动关闭功能，从而保证网络 上其他节点的操作不受影响。 目前变电站层大多采用工业PC机，为实现PC机与CAN总线的连接，就需要设计它们之间的通信方案。 4CAN总线与上位机（PC机）通信方案设计 CAN总线与PC机的通讯方案主要有三种。CAN总线通过232口与PC机通讯；CAN总线通过PCI总线与PC机通讯； CAN总线通过USB（Uni－versalSerialBus，通用串行总线）口与PC机通讯。下面分别介绍他们的设计方案及优 缺点。 4．1 CAN总线通过口与PC机通讯 （1）RS－232特点 RS－232适合于相对慢的数据速率（20kb／s）和短距离内（典型的50ft）进行单端数据传输。抗噪声干扰 的能力差，尤其是共模噪声固有的耦合到信号系统中，影响了传输距离和质量。 （2）设计方案 如图3所示，硬件上主要由CAN收发器、CAN控制器、单片机、电平转换组成。CAN总线收发器82C250接到CAN 总线上，收发器将数据传给CAN控制器SJA1000，CAN控制器通过地址／数据总线并行发给8051，在8051内转换为 串行数据，经其串口传到MAX232，TTL电平经MAX232转换为RS－232电平，数据就与PC机的COM口建立了通讯。 （3）评价 由于RS－232不能很好的满足变电站数据传输速率和距离的要求，且抗干扰能力较差，这样的方案在现场运 行中存在很大的局限性。 4．2 CAN总线通过PCI总线与PC机通讯 （1