基于CAN總線可通信智能電流繼電器的設計

摘要：通過對一種基于微處理器和CAN總線可通信智能電流繼電器的設計，實現(xiàn)了傳統(tǒng)的限時速切繼電保護功能需要電磁式電流繼電器、時間繼電器和信號繼電器組合在一起才能實現(xiàn)的功能。在此設計的可通信智能電流繼電器，不僅能夠完成限時速切功能，還可實現(xiàn)現(xiàn)場電器與上位機實現(xiàn)雙向通信功能，可對繼電器的動作參數(shù)(電流值、時間值)進行顯示、設定和修改，通過總線系統(tǒng)實達到遙調、遙控的目的，進一步使得繼電器的性能得到提高，滿足電力系統(tǒng)的要求。
關鍵詞：節(jié)點；可通信電器；智能繼電器；CAN總線

0 引言
傳統(tǒng)繼電器檢測和保護功能多由電磁器件完成，其動作時間長，保護精度低，已不能滿足現(xiàn)代輸、配電系統(tǒng)自動化的需要。智能化低壓電器在國外取得很大進展，其強大功能的充分發(fā)揮，必須依賴于低壓配電與控制系統(tǒng)網(wǎng)絡化。國外主要低壓電器制造商開發(fā)的新一代低壓產(chǎn)品，其技術特點主要是可通信，能與現(xiàn)場總線連接，這種技術給低壓電器帶來革命性的變化，為此對低壓電器提出了可通信要求。因此，能實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)通信、集中監(jiān)控的智能化電器越來越成為需要。其主要特征是在智能化的基礎上具備基于現(xiàn)場總線的可通信特點。
本文研究的電力系統(tǒng)限時速切繼電器的保護功能，是采用微處理技術和現(xiàn)場總線技術等設計的可通信的智能化繼電器。在以可通信的智能化電器系統(tǒng)應用中，現(xiàn)場總線是連接智能化現(xiàn)場設備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸和多分支結構的通信網(wǎng)絡。這里研究的限時速切繼電器，以CAN總線(Controller Area Network)作為一種支持分布式控制的底層串行通信網(wǎng)絡，實現(xiàn)現(xiàn)場電器與上位機之間的信息傳遞，具有通信實時性好、可靠性高、連接使用方便靈活等特點，非常符合國內低壓電器的發(fā)展趨勢。

1 基于CAN總線的可通信智能繼電器總體設計
在采用總線連接微機和微處理器系統(tǒng)構成的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中，由微處理器系統(tǒng)構成的下位節(jié)點都能夠獨立完成一定功能，還可進行直接的參數(shù)設定和顯示等，每個下位節(jié)點都可通過總線將數(shù)據(jù)傳送給上位PC監(jiān)控節(jié)點或其它相關的節(jié)點，使相互關聯(lián)的繼電保護裝置之間具有了數(shù)據(jù)交換的功能，可以協(xié)調工作。
本文設計的限時速切繼電器，在CAN總線上連接一個上位監(jiān)控PC節(jié)點和3個下位智能電流繼電器節(jié)點，構建智能繼電器的監(jiān)控保護系統(tǒng)，系統(tǒng)結構示意如圖1所示。

為了增強通信的可靠性，CAN總線網(wǎng)絡的2個端點通常要加入終端匹配電阻，阻值的大小由傳輸電纜的特性阻抗所決定。系統(tǒng)設計采用雙絞線連接，特性阻抗為120 Ω，則總線上的2個端點集成120 Ω的終端電阻即可。

2 基于CAN總線的可通信智能繼電器硬件設計
智能繼電器節(jié)點的硬件組成主要包括：主控單元、測控電路(數(shù)據(jù)采集和轉換、監(jiān)控存儲電路、按鍵和顯示部分、動作信號)、CAN通信接口和電源等部分組成，如圖2所示。

2．1 主控制器
鑒于P87C591強大的80C51性能和A／D轉換及cAN相關特性，對于我們開發(fā)基于CAN總線通信的智能繼電器是非常適合的。因此，系統(tǒng)的主控制器選用功能強大的P87C591單片機，作為主控制器的首選芯片。不但可以滿足數(shù)據(jù)處理的要求，還可不必外接CAN控制器直接實現(xiàn)CAN通信功能，大量節(jié)省了硬件資源。