基于CAN總線的高壓開關(guān)柜狀態(tài)監(jiān)測(cè)單元通訊模塊的設(shè)計(jì)

　　1. 引言
　　高壓開關(guān)柜是電力系統(tǒng)的關(guān)鍵主設(shè)備之一，其運(yùn)行狀態(tài)對(duì)電力系統(tǒng)的可靠性具有重大影響。 統(tǒng)計(jì)表明，20世紀(jì)90年代中國(guó)電力系統(tǒng)開關(guān)事故類型分布如下：機(jī)械故障（拒分、拒合、誤動(dòng)）33.3%，絕緣故障37.3%，溫升故障（載流）8.9%，其它20.5%[1>。 因此，有必要對(duì)高壓開關(guān)柜的機(jī)械、溫升及絕緣狀態(tài)實(shí)施在線監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)事故隱患，防止事故發(fā)生。
　　現(xiàn)有高壓開關(guān)柜監(jiān)測(cè)單元的核心一般采用單片機(jī)（MCU），其處理能力有限、存貯空間很小，只能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的處理和存放少量的歷史數(shù)據(jù)[2>。為了存放大量的歷史數(shù)據(jù)以便對(duì)已有的數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)雜的處理（如壽命評(píng)估、故障診斷等），也為了對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程檢測(cè)和診斷，有必要使監(jiān)測(cè)單元具有通訊能力，把需要的數(shù)據(jù)上傳給PC機(jī)。 同時(shí)為了對(duì)分散的監(jiān)測(cè)單元進(jìn)行維護(hù)（如單元是否正常工作，閾值下載等），監(jiān)測(cè)單元也有必要具有通訊能力以使PC機(jī)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控監(jiān)測(cè)單元的工作情況以及對(duì)它們進(jìn)行閾值的下載。
　　CAN作為一種有效支持分布式通信的現(xiàn)場(chǎng)總線，能夠完成現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)單元與管理設(shè)備之間的數(shù)字通信，溝通現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)單元和更高管理層網(wǎng)絡(luò)之間的聯(lián)系，真正做到“分散處理，集中管理”。
　　
　　2. 監(jiān)測(cè)單元框架和通訊模塊功能
　　所研制現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)單元，其微控制器選用16位高速單片機(jī)80C196KC，利用其豐富的外設(shè)接口，方便地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集、處理和顯示。監(jiān)測(cè)單元的功能是進(jìn)行在線的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理，并提供現(xiàn)場(chǎng)的顯示和與上位機(jī)通信的接口。
　　監(jiān)測(cè)單元監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容有：①母線溫升：測(cè)量斷路器三相進(jìn)線和三相出線的電連接處溫升；②泄漏電流：測(cè)量三相環(huán)氧套管的泄漏電流；③機(jī)械數(shù)據(jù)：通過對(duì)斷路器分、合閘線圈電流和動(dòng)觸頭行程的測(cè)量并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到動(dòng)觸頭行程、分合閘時(shí)間、分合閘速度、平均分合閘時(shí)間和平均分合閘電流。通訊模塊的主要功能就是當(dāng)測(cè)量的這些數(shù)據(jù)異常時(shí)，主動(dòng)上傳異常的數(shù)據(jù)，當(dāng)測(cè)量的數(shù)據(jù)正常時(shí)就等待PC機(jī)有請(qǐng)求時(shí)上傳這些數(shù)據(jù)。同時(shí)監(jiān)測(cè)單元還通過通訊模塊接收PC機(jī)的參數(shù)下載（如閾值等），并對(duì)PC機(jī)的下載進(jìn)行響應(yīng)!回答下載成功與否信息。
　　
　　3. CAN總線
　　3.1 CAN總線簡(jiǎn)介
　　CAN總線屬于現(xiàn)場(chǎng)總線的范疇，它是一種具有很高保密性、有效支持分布式控制和實(shí)時(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。符合ISO/OSI模型規(guī)范。 通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光纖。 通信速率為5kb/s時(shí)，通信距離最長(zhǎng)可為10km；通信速率為1Mb/s時(shí)，通信最長(zhǎng)距離可達(dá)40m。 CAN總線上節(jié)點(diǎn)數(shù)最多可以有110個(gè)，所以比較適用于小型的測(cè)控網(wǎng)絡(luò)。
　　CAN總線具有以下特征：多主站依據(jù)優(yōu)先權(quán)進(jìn)行總線訪問；無破壞性的基于優(yōu)先權(quán)的仲裁；借助接收濾波的多地址幀傳送；遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請(qǐng)求；配置靈活性；全系統(tǒng)數(shù)據(jù)相容性；錯(cuò)誤檢測(cè)和出錯(cuò)信令；發(fā)送期間若丟失仲裁或由于出錯(cuò)而遭破壞的幀可自動(dòng)重新發(fā)送；暫時(shí)錯(cuò)誤和永久性故障節(jié)點(diǎn)的判別以及故障節(jié)點(diǎn)的自動(dòng)脫離。
　　CAN總線的規(guī)范主要有2.0A和2.0B。這兩者的區(qū)別主要在于標(biāo)識(shí)符位數(shù)的不同。CAN2.0A的標(biāo)識(shí)符有11位，而CAN2.0B的標(biāo)識(shí)符有29位，因此CAN2.0B對(duì)標(biāo)識(shí)符定義具有更大的靈活性。
　　3.2 監(jiān)測(cè)單元通訊模塊對(duì)CAN2.0B標(biāo)識(shí)符的定義
　　CAN總線摒棄了地址的概念: 而是用標(biāo)識(shí)符來標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)，使用位仲裁技術(shù)根據(jù)標(biāo)識(shí)符的優(yōu)先級(jí)（標(biāo)識(shí)符的值越小，優(yōu)先級(jí)就越高）對(duì)總線進(jìn)行訪問，這樣在系統(tǒng)中增刪節(jié)點(diǎn)就不會(huì)涉及到軟件的修改。但在實(shí)際應(yīng)用中為了實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)及點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳送以及較長(zhǎng)報(bào)文的傳送，有必要在標(biāo)識(shí)符中定義數(shù)據(jù)的源地址、目的地址以及幀序數(shù)[3>。
　　對(duì)CAN2.0B 29位標(biāo)識(shí)符的定義為：bit28~bit21為目的地址；bit20~bit13為源地址；bit12~bit5為幀序數(shù)。源地址和目的地址表示CAN幀從哪里來，到哪里去。bit4位稱為更多CAN幀位，它是和幀序數(shù)配合使用來傳送較長(zhǎng)的數(shù)據(jù)的（CAN每一幀最多傳8個(gè)有效字節(jié)）。bit4為零表示當(dāng)前的CAN幀是一個(gè)被分組打包的應(yīng)用層報(bào)文的最后一段；為1則表示應(yīng)用層報(bào)文的分段未傳完；當(dāng)標(biāo)志位為0，幀序數(shù)也為1時(shí)，表示報(bào)文沒有被分段。bit3~bit0用來區(qū)分同一源地址的不同數(shù)據(jù)，這是一個(gè)4位的計(jì)數(shù)器，取值范圍是0~15。當(dāng)發(fā)送一個(gè)新的數(shù)據(jù)時(shí)，計(jì)數(shù)器加1，溢出時(shí)重新開始計(jì)數(shù)。沒有用到遠(yuǎn)程幀，遠(yuǎn)程幀的作用通過數(shù)據(jù)幀之間的應(yīng)答來實(shí)現(xiàn)。