CAN總線在多電機軟起動系統中的應用

1 引言

隨著國民經濟的飛速發展，交流電動機在工業生產中扮演了極為重要的角色，作為各行業中的主要拖動電機，應用更為廣泛。眾所周知，交流電動機在全壓起動時，起動電流達到額定電流的5～7倍，會對電網造成沖擊；起動轉矩約為額定轉矩的2倍，加劇機械結構磨損。為了解決交流電動機的起動問題，通常需要使用軟起動器進行軟起動。

當前軟起動器的監控一般由各自獨立的監控單元進行，無法對整個系統實現全面的控制和監測。因此，建立一套數據通信系統將各軟起動監控節點連接起來，組成完整的監控網絡就顯得非常必要。

相對于RS-485等通信標準，CAN（Controller Area Network）總線以其具有的諸多優點而在許多領域得到了應用。CAN總線是德國Bosch公司于上世紀80年代初推出的一種多主局域網，CAN通信網絡是一種全分散、全數字化的智能雙向、多變量、多點、多站的分布式通信體系，具有可靠性高、穩定性好、抗干擾能力強、通信速度塊、成本低等諸多優點。CAN總線是一種非常適合工業現場惡劣環境的通信方式。本文介紹了一種基于CAN總線的交流電機軟起動通信系統。

2 CAN通信系統結構

交流電機軟起動通信系統由一臺工控機作為監控主機，工控機通過CAN總線接口接入CAN總線，各節點是由單片機控制的具有CAN總線數據收發功能的交流電機軟起動器。系統結構如圖1所示。

通信系統各部分提供了不同的功能。其中，工控機控制交流電機軟起動器的工作狀態，例如軟起動、軟停車等，顯示軟起動的各項參數如起動電壓、起動電流等。軟起動器按照工控機的命令控制交流電機軟起動，并采集電機起動電流、電壓等參數，通過CAN總線發往工控機。

3 CAN通信協議

本通信系統中，傳輸的數據長度不是固定的。工控機向軟起動器下達的控制命令只有幾個字節，而軟起動器向工控機上傳的軟起動實時數據一般有幾十個字節。因此CAN通信協議需要有大數據量傳輸能力，又要快速高效。由于CAN通信采用短幀結構，每幀有效數據長度最多為8個字節，在傳輸數據量較大時，就要將數據拆分為多個幀進行傳輸。如果將所有信息和數據都放在8個字節的數據場中，將會使傳輸幀中有效數據少，通信信息多，降低CAN總線通信效率。所以，本文采用了利用報文標識符中的仲裁場包含通信控制信息，數據場包含實際數據的方法，以提高通信效率。

本系統中，CAN通信采用CAN2.0B標準中帶29位報文標識符的擴展幀。報文標識符中包含緊急標記、目的地址、源地址、幀類型、幀號，其格式如表1所示。

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