基于CAN總線和單總線的在線式防誤閉鎖系統設計

摘要：針對在線式防誤閉鎖系統的特點和目前研究中存在的連接復雜、不易擴展等問題，提出了一種基于CAN總線和單總線的在線式防誤閉鎖系統新方案，并在可行性分析的基礎上，給出了具體的設計方法。

關鍵詞：CAN總線；單總線網絡；智能電磁鎖；防誤閉鎖

0 引言

變電站在線式五防系統是充分利用變電站自動化系統的全站監控功能，通過集成在自動化系統后臺軟件中的五防模塊和測控裝置中的間隔五防模塊，來對電氣操作防誤閉鎖進行實時判斷，以便在滿足防誤閉鎖操作條件時，使電氣設備開放操作的一套防誤閉鎖系統。本系統取消了電腦鑰匙和機械鎖具，可實現操作票的逐項開放和閉鎖。

在線式五防系統充分利用已完成綜自改造的變電站可全站監控的特點，多數的開關和刀閘的狀態可在線監控，但在實際的五防改造過程中，仍存在一定的問題。如有少量變電站未實現刀閘電動操作和接地樁的監測等，實際上，對于這些手動操作設備，可以使用電磁鎖來實現狀態監測。通過在電磁鎖回路中串接五防節點，這樣，用后臺監控機就可以控制電磁鎖是否可以打開。

一般而言，一個間隔大約需要配置這佯的電磁鎖3～7把，每把電磁鎖所實現的功能可能需要多個開入開出量，這樣，一個間隔的開入信號和開出信號大約有十幾個到幾十個。如果每個信號都通過單獨的兩條電纜傳遞，則間隔內將需要布置大量的電纜，系統實現的難度較大，很難得到廣泛應用。本文針對這一問題，提出了一種智能電磁鎖解決方案。

1 智能電磁鎖

本文設計的這種智能化電磁鎖，可將開入開出信息在電磁鎖內轉化成某一類信號，然后再通過共用的通訊電纜傳遞到控制器，從而使電纜數量減少到原來一把電磁鎖所需要的數量。

單總線技術的提出使得這一想法的實現成為可能。單總線技術足MAXIM全資子公司DALLAS公司開發的一種專利技術，該技術通過一根線解決了地址、數據、控制和供電等問題，從而降低了系統成本并簡化了設計。單總線器件可按照串行協議進行供電和數據通信，能夠為系統增添特定功能，大大簡化了系統的連接方式。單總線技術的主要特點如下：

(1)只需一根信號線和一根地線就可實現數據、地址、控制信號和電源的傳輸，接線非常簡單；

(2)每條單總線上可以連接一個單總線器件，也可以同時連接幾十個單總線器件來組成單總線網絡；

(3)每個單總線器件都有唯一的64位光刻ROM碼，可以從網絡上選出特定器件進行操作；

(4)單總線芯片接口可提供額外的ESD保護，而且遠程通訊時，具有較高的抗干擾性能。

單總線技術將通訊、信號的輸入輸出及控制等功能集中到了一個芯片內。采用單總線芯片來設計電磁鎖，不僅能很好地實現上述功能，而且電磁鎖的復雜度增加不大，并能較好地控制設備成本，可以說是電磁鎖智能解決方案的首選。一般情況下，智能電磁鎖的設計思路具有以下幾種：

第一，在線式五防要求取消傳統的五防電惱鑰匙，而電磁鎖不受任何電腦鑰匙的控制。其解決方案是在智能電磁鎖的控制回路中串入由監控后臺控制的五防節點，因此，電磁鎖解鎖必須首先滿足五防邏輯，然后在其控制回路中再串入一個由鎖具本體的按鈕控制的節點。只有當操作滿足五防邏輯且五防節點閉合后，由運行人員按下鎖具本體按鈕，鎖具才能開。

第二，使用智能電磁鎖的狀態來反應手動設備的狀態。

如接地樁所配的電磁鎖有兩個狀態，1代表所監控設備為合位，0代表所監控設備為分位。

第二，電磁鎖與后臺監控機可以實時通訊，以便將設備的實時信息通過網絡傳給監控機，同時也可以按照監控機的命令開放或閉鎖設備。

以間隔為單位設置五防控制器，由五防控制器負責與后臺監控機的通訊，向其傳送電磁鎖的實時數據并接收監控機的命令。間隔內的電磁鎖串接于一根單總線上，五防控制器通過單總線讀取間隔內電磁鎖狀態或向電磁鎖發送監控機下達的命令。圖1所示是采用單總線技術前間隔內的接線圖，圖2所示則是采用單總線技術后的間隔內接線圖。

2 間隔控制器與監控機的連接

由于現場總線技術在減少系統線纜，簡化系統安裝、維護和管理，降低系統投資和運行成本，增強系統性能等方面具有很大的優越性，間隔內的控制器與監控機的連接可選用現場總線。

目前，工控領域己發展出多種現場總線，各現場總線標準也有較大差別，其用途也不盡相同，主要有基金會現場總線、CAN總線、Lon Works總線和HART總線。

通過對以上幾種總線的比較可以發現，LonWorks比較適用于一些大型的，對響應時間要求不太高的分布式控制系統，比如智能大廈控制系統；而HART總線是一種模擬和數字信號混合的總線，是一種過渡型總線，多用于一些4～20 mA的舊式儀表的連接：而基金會現場總線在對距離和實時性的滿足上不夠；CAN總線則能適用小型的，實時性要求比較高的系統。

防誤操作閉鎖系統中，一般有幾十個節點，而且對傳輸距離和實時性要求都較高，采用CAN總線完全可以滿足規模上的要求，并且可以將CAN總線實時性強的特點充分發揮出來。因此，本系統采用CAN總線作為網絡通訊方式。