CAN总线在自动化系统中的应用

摘要：CAN总线是最初为汽车和工业自动控制领域而开发的一种控制局域网，由于其具有通信速率高、时实性好、可靠性高、连接方便和性能价格比高等诸多特点推动其应用的迅速发展，尤其在电力系统变电站综合自动化方面得到广泛运用。随着变电站内自动化水平的不断提高，对信息传输的要求也越来越高，常规的RS232、RS485等主从式总线已经不能满足要求，而选择好的现场总线作为站内通信网就显得非常重要，该文结合变电站综合自动化系统的实际运行情况，介绍CAN现场控制总线的特点及其应用。

关键词：CAN总线；自动化；控制局域网

中图分类号：TM76　　　　文献标志码:B　　　　文章编号:1003-0867(2006)01-0036-02

在计算机数据传输领域，长期以来使用RS232和CCITT V2.4通信标准，这些都是低数据速率和点对点的数据传输标准，在复杂或大规模场合（工业控制自动化或生产自动化领域）中需要使用大量的传感器、控制器、智能设备单元等，它们分布在较广泛的范围内，如采用传统的星型拓扑结构，则安装成本和介质造价非常高，如采用LAN网总线型结构，电缆可减少，但LAN介质和所需软件及硬件又使整体造价与传统的星型拓扑结构相差无几。所以必须开发出造价低、编程方便的通信控制器，同时又能适合现场环境下使用，CAN现场控制总线就是在这种背景下产生的。

随着变电站自动化水平的提高，变电站内微机保护设备都采用保护和测量、控制一体化设计思想，通过现场总线互连，完成信息上送；同时站内微机保护设备也采用分布式安装，就地安装于开关柜上，通过现场总线互连，这样省去了大量二次电缆，减少了施工、安装、维护的工作量，降低了整体造价。

下面结合DISA变电站综合自动化系统对CAN总线特点和使用中的问题作介绍。

1 CAN现场总线的特点

控制器局域网(CAN：Control Area Network)属于现场总线，它是一种能有效支持分布式控制和实时控制的串行通信网络，完全能满足电力系统实时和可靠性要求。

CAN总线设计成为开放式系统，遵从OSI七层基准参考模型中物理层、数据链路层和应用层标准，具有以下特点：

·多主站可以根据优先权进行总线访问；

·无破坏性的基于优先权的仲裁；

·有接收滤波的多地址帧传送；

·配置灵活；

·强有力的错误处理能力；

·发送期间若丢失仲裁或由于出错而遭破坏可自动收发；

·暂时错误和永久故障节点的判别以及故障节点的自动脱离；

·对于高优先权报文确保等待时间；

·传输速率可编程；

·工作温度为-40~+85 ℃。

CAN现场总线提供高性能的串行网络通信所必须的所有硬件，它通过应用CAN协议局域网控制通信流，满足自动化要求：

·短报文长度，时实性好；

·确保紧急报文的等待时间；

·总线访问优先权取决于报文标志符，确保信息的优先权；

·强有力的错误处理能力，增强了信息传输的可靠性；

·配置灵活以允许局域进行扩展；

·编程和设计简单，便于推广；

·物理介质简单，屏蔽双绞线即可；

·性能价格比高，目前运用最广泛，便于互联。

CAN系统内两个任意节点之间的最大传输距离和其位速率有关，如表1所示。

在组成站内自动化系统时要参考表1，考虑各节点之间的距离和所设定的通信速率之间的关系。

CAN数据帧由七个不同位场构成，它们是：帧起始(SOF-Start Of Frame)、仲裁场、控制场（两位保留+DLC场）、数据场、CRC场、ACK场和帧结束场(EOF-End Of Frame)。

DISA变电站综合自动化系统选用SJA-1000作为CAN控制器。

2 CAN控制器接口

82C250是CAN总线控制器和物理总线的接口，它提供对总线的差动发送能力和对CAN控制器的差动接收能力。

82C250主要特性：

·高速，最高达1 Mbit/s；

·具有抗瞬间干扰能力和保护总线能力；

·低功耗，热防护能力；

·某个节点掉电不会影响系统总线；

·可有110个节点连接。

以微处理器CPU为核心，用SJA-1000为CAN总线控制器，用82C250为CAN总线控制器接口，构成单片机系统。如图1所示。

图2是CAN控制器SJA-1000和CAN控制器接口82C250典型电路图，应考虑现场环境干扰，图中6N137用于光电隔离，在总线的首末端都要并联12 W电阻，防止传输信号的反馈。

3 在自动化系统中的应用

DISA变电站综合自动化系统主要适用110 kV变电站、35 kV变电站及工矿企业10 kV配电所和厂用电系统。它完全取代常规变电站中的二次设备，集测量、控制、信号、远动及运行管理等功能于一体，是一种真正的分布分散式系统