CANBUS總線簡介及其在電力系統中的應用

CANBUS總線簡介及其在電力系統中的應用^①

李建林 　張仲超

（浙江大學電氣工程學院　杭州　310027）

    摘  要　CANBus總線是一種支持分布式實時控制系統的串行通信的局域網絡。由于其高性能、高可靠性、實時性好及其獨特的設計，已廣泛應用于控制系統中的各檢測和執行機構之間的數據通信。隨著電網的發展，變電站綜合自動化所占比重越來越大，監控、保護之間的通訊的可靠性和準確性顯得越來越重要。而CANBus總線的通信速率完全能達到測控系統實時性的要求，出錯率極低，運行效果很好。同時由于運用該總線技術，極大地提高了系統的可靠性、實時性，且性能價格比高，安裝維護簡潔方便，能創造很好的經濟效益，因而具有廣闊的應用前景。
    關鍵詞　控制器局域網絡　總線　可靠性

1　引言
　　CAN總線是英文（Controller Area Net）的縮寫，它與傳統的BITBUS都屬于總線式通訊網絡，但兩者卻有本質區別。以往國內很多用戶由于沒有更好的選擇，都采用BITBUS作為通訊的橋梁，其特點為：1）主從結構網絡上只能有一個主節點，其余均為從節點。其造成的危害：由于一個BITBUS網絡上只能有一個主節點，無法構成多主冗余結構的系統，因而對主節點的可靠性要求特別高，否則一旦主節點出現故障，則整個系統將處于癱瘓狀態；2）數據通訊方式為命令響應型，網絡上任一次數據傳輸都是由主節點發出命令開始，從節點接到命令后以響應方式傳給主節點，這一特點使得網絡上的數據傳輸效率大大降低，且使主節點控制器非常繁忙；同時下端出現異常時，數據不能立即上傳，必須等待主節點下發命令，靈活性極差，在許多實時性要求較高的場合，這是致命的弱點，有可能造成重大事故；3）BITBUS與PC機之間存在著數據交換的瓶頸現象。盡管BITBUS本身的數據傳輸率很高，可達2．4 MBPS，但是由于PC上的接口板PCX344板與PC總線之間的數據交換是一個一個字節進行的，從而使得PCX344與PC總線之間的數據交換速率實際上很低，從而產生了嚴重的瓶頸現象，大大影響了數據交換的速度；4）BITBUS的物理層采用的是較陳舊的RS422／485規范，鏈路層為SDLC協議，總體來講效率較低，靈活性差，尤其是其錯誤處理能力不強。
　　用戶采用了CANBUS總線技術，則使上述問題得到了很好得解決。CAN網絡中任一節點均可作為主節點主動地與其他節點交換數據，徹底解決了BITBUS中長久以來一直困擾人們的從節點無法主動地與其他節點交換數據的問題，并由此而給用戶的系統設計提供了極大的靈活性并可大大地提高其系統性能。CAN網絡中的節點可分優先級，這對于有實時要求的用戶無疑又是一個福音，這也是BITBUS無法比擬的。另外，CANBUS的物理層及鏈路層采用獨特的實際技術，使其在抗干擾、錯誤檢測能力方面的特性遠遠超過BITBUS，值得一提的是我們開發的CANBUS接口板是在充分吸取BITBUS接口板的不足的基礎上精心設計的，其與主機的數據交換速率、數據處理能力、抗干擾等性能也遠遠超過BITBUS產品。
2　主要特性
　　（1）ISA總線插卡，可任意插在XT，AT兼容機上，方便地構成分布式監控系統；
    （2）符合CAN總線規范2．0 B；
　　（3）CANBUS可以多主方式工作，網絡上任意一個節點均可以在任意時刻主動地向網絡上的其他節點發送信息，而不分主從，通訊方式靈活。利用這一特點也可方便地構成多機備分系統；
　　（4）CANBUS網絡上的節點可分成不同優先級，可以滿足不同的實時要求；
　　（5）CANBUS采用非破壞性總線仲裁技術，當兩個節點同時向網絡上傳送數據信息時，優先級低的節點主動停止數據發送，而優先級高的節點可不受影響地繼續傳輸數據，大大節省了總線沖突裁決時間；
　　（6）CANBUS可以點對點，一點對多點（成組）及全局廣播幾種方式傳送收發數據；
　　（7）CANBUS的直接通訊距離 遠可達10kM／5 kBPS；
　　（8）CANBUS上的節點數實際可達110個，理論上可達2000個；
　　（9）CANBUS采用短幀結構，每一幀的有效字節數為8個，這樣傳輸時間短，受干擾的概率低，重新收發時間短；
　　（10）CANBUS每幀信息都有CRC校驗及其他檢錯措施，保證了數據出錯率極低；
　　（11）通訊介質采用廉價的雙絞線即可，無特殊要求；
　　（12）CAN節點在錯誤嚴重的情況下，具有自動關閉總線的功能，切斷它與總線的聯系，以使總線上的其他操作不受影響；
　　（13）NRZ編碼／解碼方式，并采用位填充（插入）技術；
　　（14）用戶接口簡單，編程方便，很容易構成用戶系統；
　　（15）CAN總線接口卡上的收發器與主機采用光電隔離電路，以提高抗干擾能力及系統的可靠性。　　
　　CAN總線是一種支持分布式實時控制系統的串行通信的局域網絡，由于其高性能、高可靠性、實時性好及其獨特的設計，已廣泛應用于控制系統中的各檢測和執行機構之間的數據通信，較之傳統的DCS，CAN總線有以下—些突出的優點：①總線式結構。一對傳輸線（總線）可掛接多臺現場設備，雙向傳輸多個數字信號，這種結構比一對一的單向模擬信號傳送結構布線簡單，安裝費用低，維護簡便；②開放互操作性。現場總線采用統一的協議標準，是開放式的互聯網絡，對用戶是透明的。在傳統的通信系統中，不同廠家的設備是不能互相訪問的，而CAN采用統一標準，不同廠家的網絡產品可以方便地接入同一網絡，集成在同一控制系統中進行互操作，因此簡化了系統集成；③徹底的分散控制。現場總線將控制功能下放到作為網絡節點的現場智能儀表和設備中，做到了徹底的分散控制，提高了系統的靈活性、自治性和安全可靠性，減輕了DCS控制站CPU的計算負擔；④可靠性高。采用數字信號傳輸數據，提高了數據的精度和抗干擾性。將控制功能放到現場設備中，使危險分散，系統的可靠性提高；⑤信息綜合，組態靈活。通過數字化傳輸現場數據，CAN總線能獲取現場儀表的各種狀態、診斷信息，實現實時的系統監控和管理。
3　具體應用

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