適用于變電站的CAN現場總線通信適配卡的設計

1、前言
隨著變電站自動化程度的不斷提高，自動化系統變得龐大和復雜。在一個變電站自動 化系統中往往包括微機監控、微機保護、電能質量自動控制等多個子系統，而且在各個子系 統中，又有多個智能模塊。因此，在變電站自動化系統中必須進行數據通信，實現各個系統 內部和各子系統之間的信息交換和共享，以提高系統的整體安全性和可靠性［1］。 現場總線技術是20世紀80年代中期在國際上發展起來并應用于生產現場的、在微機化測量控 制設備之間實現雙向串行多節點數字通信的系統［2］。現場總線技術將專用的微處 理器置入傳統的測量控制儀表中，使它們各自都具有數字計算和數字通信能力，采用可進行 簡單連接的雙絞線作為總線，把多個測量控制儀表連接成網絡系統，并按公開、規范的通信 協議，在現場的多個微機化測量控制設備之間以及現場儀表與遠程監控計算機之間，實現數 據傳輸與信息交換，形成適應各種實際需要的自動控制系統［3］。

根據采用的協議的不同，現場總線技術可分為很多種，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 技術及獨特設計，使得其數據通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性。目前，在變電站綜 合自動化系統中CAN總線已有少量應用，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主機的通信負擔。且在設計中使用最新的EPLD器件作為雙口RAM的 邏輯控制和中斷信號控制，使得電路比較簡單，而且具有很好的可擴展性。?

2、CAN現場總線的技術特點及通訊適配 卡的功能

CAN現場總線的技術特點：
(1)CAN總線是到目前為止唯一有國際標準的現場總線；

(2)CAN為多主工作方式，網絡上的任一節點均可在任意時刻主動的向網絡上其它節點發 送信息，而不分主從；在報文標識符上，CAN上的節點分成不同的優先級，可滿足不同 的實時要求，優先級高的數據最多可在134μs內得到傳輸；

(3)CAN采用非破壞總線仲裁技術；

(4)CAN節點只需通過對報文的標識符濾波即可實現點對點、一點對多點及全局廣播等幾 種方式傳送接受數據；

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

(6)CAN上的節點數主要取決于總線驅動電路，目前可達110個；報文采用短幀的結構， 傳輸時間短，受干擾率低，保證了數據出錯率極低；

(7)CAN的每幀信息都有CRC校驗及其它檢錯措施，具有極好的檢錯效果；

(8)CAN的通信介質可為雙絞線，同軸電纜或光纜，選擇靈活；CAN節點在錯誤嚴重 的情況下具有自動關閉輸出功能，以使總線上其他節點的操作不受影響；CAN總線具有 較高的性能價格比。

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

(1)數據的轉發，適配卡把總線上各個節點的信息轉發給PC機，并將PC機的命令和 數據轉發給各個節點；

(2)用于完成CAN總線上用戶的部分監控和管理任務。