适用于变电站的CAN现场总线通信适配卡的设计

1、前言
随着变电站自动化程度的不断提高，自动化系统变得庞大和复杂。在一个变电站自动 化系统中往往包括微机监控、微机保护、电能质量自动控制等多个子系统，而且在各个子系 统中，又有多个智能模块。因此，在变电站自动化系统中必须进行数据通信，实现各个系统 内部和各子系统之间的信息交换和共享，以提高系统的整体安全性和可靠性［1］。 现场总线技术是20世纪80年代中期在国际上发展起来并应用于生产现场的、在微机化测量控 制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统［2］。现场总线技术将专用的微处 理器置入传统的测量控制仪表中，使它们各自都具有数字计算和数字通信能力，采用可进行 简单连接的双绞线作为总线，把多个测量控制仪表连接成网络系统，并按公开、规范的通信 协议，在现场的多个微机化测量控制设备之间以及现场仪表与远程监控计算机之间，实现数 据传输与信息交换，形成适应各种实际需要的自动控制系统［3］。

根据采用的协议的不同，现场总线技术可分为很多种，常用的有：FF总线，Lonworks 总线，PROFIBUS总线，HART总线，CAN总线。由于CAN总线采用了许多新 技术及独特设计，使得其数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。目前，在变电站综 合自动化系统中CAN总线已有少量应用，其中的通信适配卡多为非智 能型的，即在卡上未采用微处理器。本文所介绍的适配卡采用89C52作为微控制器，将 大大减少PC主机的通信负担。且在设计中使用最新的EPLD器件作为双口RAM的 逻辑控制和中断信号控制，使得电路比较简单，而且具有很好的可扩展性。?

2、CAN现场总线的技术特点及通讯适配 卡的功能

CAN现场总线的技术特点：
(1)CAN总线是到目前为止唯一有国际标准的现场总线；

(2)CAN为多主工作方式，网络上的任一节点均可在任意时刻主动的向网络上其它节点发 送信息，而不分主从；在报文标识符上，CAN上的节点分成不同的优先级，可满足不同 的实时要求，优先级高的数据最多可在134μs内得到传输；

(3)CAN采用非破坏总线仲裁技术；

(4)CAN节点只需通过对报文的标识符滤波即可实现点对点、一点对多点及全局广播等几 种方式传送接受数据；

(5)CAN的直接通信距离可远达10km(输率5kbs以下)，通信速率最高可达1M bps(此时通信距离最长为40m)；

(6)CAN上的节点数主要取决于总线驱动电路，目前可达110个；报文采用短帧的结构， 传输时间短，受干扰率低，保证了数据出错率极低；

(7)CAN的每帧信息都有CRC校验及其它检错措施，具有极好的检错效果；

(8)CAN的通信介质可为双绞线，同轴电缆或光缆，选择灵活；CAN节点在错误严重 的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响；CAN总线具有 较高的性能价格比。

在变电站现场采集到的很多数据通过两根电缆（一般采用双绞线）传到上位机（一台PC 微机）上，PC机与CAN总线有两种连接方式［4］：一种是通过转换器与微机 的串口相连；一种是在PC的扩展槽里插一块适配卡，该卡上具有CAN接口和PC 扩展接口，对于交换的数据较多时，一般采用这种方式。CAN适配卡的作用主要有两个 ：

(1)数据的转发，适配卡把总线上各个节点的信息转发给PC机，并将PC机的命令和 数据转发给各个节点；

(2)用于完成CAN总线上用户的部分监控和管理任务。