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智能断路器的CAN 总线网络节点设计

作者:时间:2010-12-30来源:网络收藏

0 引言

近年来,脱扣器技术在国内有了较快的发展。脱扣器的成功应用,使得的功能更加强大。目前,国内外研究生产的脱扣器能显示开关状态、三相电流、电压、功率因数、有功功率等参数。而控制器局域网() 能有效支持具有高安全级的分布式实时控制,凭借其在噪声环境中的可靠性及其故障状态检测,以及从故障状态恢复的能力,被广泛应用于工业控制等领域。因此,国内外大都将比较成熟的 现场技术应用在智能脱扣器的通信方面,实现上下位机的“四遥”功能,即遥测、遥控、遥信和遥调。上位机 主要对下位机采集到的信号进行监控、调度和管理。上位机作为一个特殊的CAN ,其相对复杂。本文将重点介绍上位机CAN 智能硬件和软件的方案,以及如何把MCGS 与CAN 结合起来使用,即MCGS 如何操作CAN 接口卡。

1 原理

电网信号经过下位机采集,A/D 转换和数据算法程序处理传到上位机后,要能够显示到上位机上,这样才能实现工作人员对各个工作状态的监控,并且通过上位机界面能够实现对下位机发送参数命令,实现对下位机的调控。该功能是依靠上位机这个特殊的CAN 实现的。

上位机CAN 节点设计的总体结构如图1 所示。在CAN 总线中,ARM 节点作为下位机来工作,它们采集现场的数据,采集上来的数据需要传到上位PC 机上进行进一步处理,通过监控软件监控下位机节点的工作状态。上位PC 机作为CAN 总线上一个比较特殊的节点,其设计相对复杂。上位机和下位机智能节点通信是以USBCAN卡为桥梁的,即利用CAN 卡的OPC 接口驱动软件,解决CAN 总线与PC 之间的通信问题。通过调用CAN 卡的动态连接库(. DLL),利用自定义CAN 应用层协议实现与CAN 总线应用系统的连接;通过OPC 服务器连接的函数接口,调用动态连接库来实现与监控软件的连接。因此,上位机设计主要是利用USBCAN 驱动程序,调用USBCAN接口卡所提供的动态链接库,达到操作USBCAN接口卡的目的,利用CAN 卡的OPC 接口驱动软件,来实现数据管理人机界面设计。

软件结构示意图

图1 软件结构示意图.

2 CAN 总线上位机节点的设计

2. 1 硬件电路设计

一般说来,计算机本身不带CAN 接口,因此直接使用计算机和CAN 是不能互连的。但是,许多工业用计算机在某些应用场合还是离不开CAN-bus,因此,就需要现有的计算机通信接口与CAN-bus 接口适配,于是CAN 接口卡就给计算机增加CAN-bus 接口功能。通俗意义上说,CAN通信适配卡加上计算机就组成一个特殊的CAN节点。本设计采用USBCAN-2A 型CAN 卡,主机通过USB 接口控制电路来访问CAN 控制器,最终完成数据通信。计算机作为CAN 节点,接收来自下位机ARM 节点采集的数据,将一些控制参数发送给下位机,并通过组态界面实现对下位机的监控等功能。

USBCAN-2A 智能CAN 接口卡是与USB1. 1总线兼容的,带有2 路CAN 接口的智能型CAN数据卡,符合CAN2. 0B 规范,兼容CAN2. 0A,符合ISO/IS 11898,其通信波特率可以通过编程任意设置,范围在5 ~ 1 000 KB /s 之间。组成该CAN 卡的控制器是常用的PHILIPS SJA1000,收发器为PHILIPS PCA82C250。USBCAN-2A 接口卡上自带电气隔离模块,使USBCAN-2A 接口卡避免由于地环流的损坏,增强系统在恶劣环境中使用的可靠性。

USBCAN-2A 卡提供了很多库函数,PC 机通过对USBCAN-2A 接口库函数的操作,实现对USBCAN-2A 接口卡的操作。上位机主要实现对CAN 卡的初始化和对CAN 的读写操作。

为了增强CAN 通信的可靠性,CAN 总线的2 个端点通常要加入终端匹配电阻,终端匹配电阻的值由传输电缆的特性阻抗所决定。由于双绞线的特性阻抗为120 Ω,因此CAN-bus 网络采用直线拓扑结构时,总线的2 个终端需要安装120 Ω 的终端电阻。CAN-bus 总线的连接如图2所示。

CAN-bus 总线连接图

图2 CAN-bus 总线连接图.

USBCAN-2A 接口卡内部没有集成120 Ω 终端电阻,当USBCAN-2A 接口卡位于CAN-bus 网络的一个端点上时,需要在外部端子上安装120 Ω终端电阻,连接方法如图3 所示。

USBCAN-2A 位于网络终端时的连接方法

图3 USBCAN-2A 位于网络终端时的连接方法.

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