【正文】 ................................................14 IEC6087C—5—101 協(xié)議 ...............................................................................................16 系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程分析 ........................................................................................................17結(jié)束語(yǔ).......................................................................................................................................18參考文獻(xiàn)...................................................................................................................................19附錄...........................................................................................................................................20致謝...........................................................................................................................................251 引言隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步，越來(lái)越多的電子產(chǎn)品被用于實(shí)際生活。電力市場(chǎng)的發(fā)展，使得電力系統(tǒng)對(duì)于電能質(zhì)量的管理越來(lái)越受到重視，用戶對(duì)于電力系統(tǒng)的供電可靠性的要求也越來(lái)越高。世界各國(guó)紛紛制定了日益完善的電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)這些標(biāo)準(zhǔn)來(lái)判斷電能質(zhì)量的優(yōu)劣。在我國(guó)供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，對(duì)諧波、負(fù)荷電流水平和功率因數(shù)進(jìn)行合理估算，是非常有必要的。在這種情況下，配電自動(dòng)化得到了蓬勃的發(fā)展，變壓器監(jiān)測(cè)終端（TTU）應(yīng)運(yùn)而生?！　∽儔浩鞅O(jiān)測(cè)終端主要用于采集一些電力網(wǎng)絡(luò)參數(shù)如：三相交流電壓、電流等，將這些參數(shù)經(jīng)過(guò)處理后反饋給控制站，然后控制站采取相應(yīng)的措施以保證各種設(shè)備正常穩(wěn)定地運(yùn)行，并且和配電自動(dòng)化主站進(jìn)行通信，提供配電系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)視及控制所需的信息，執(zhí)行主站發(fā)出的調(diào)節(jié)和控制配電設(shè)備的命令，接收上一級(jí)的校時(shí)命令、參數(shù)設(shè)置以及信息上傳命令等。TTU 信息采集的特殊性決定了傳輸 TTU 信息的遠(yuǎn)動(dòng)通信規(guī)約與傳統(tǒng)輸電網(wǎng)通信規(guī)約具有不同的特點(diǎn)。在國(guó)外，很多國(guó)家都制定了有關(guān)電力信號(hào)采集和數(shù)據(jù)通訊的標(biāo)準(zhǔn)，最近我國(guó)也制定了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn) IEC6087C5101，這將大大提高通訊的標(biāo)準(zhǔn)化，有效的改善了裝置的通用性 [1]。 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 變壓器監(jiān)測(cè)終端的通信結(jié)構(gòu)變壓器監(jiān)測(cè)終端在配電自動(dòng)化系統(tǒng)中的通信功能是將實(shí)時(shí)采集和存儲(chǔ)的各種數(shù)據(jù)按照系統(tǒng)的要求，傳送給通信單元或直接傳送給主站；并能接受對(duì)方發(fā)送的控制命令或其它信息。 　　目前大多數(shù)變壓器監(jiān)測(cè)終端沒(méi)有直接和主站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通信的能力，需要專(zhuān)門(mén)的通信單元，在有些系統(tǒng)中，通信單元的功能由 FIU 承擔(dān)，還有一些可直接與主站通信的TTU。 存在的問(wèn)題 傳統(tǒng)的配變監(jiān)測(cè)裝置通信能力的提高是通過(guò)設(shè)計(jì)能連接采用不同通信標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)的多種通信接口來(lái)實(shí)現(xiàn)的。因此，目前在 TTU 中所采用的通信技術(shù)主要存在以下問(wèn)題：（1）大多數(shù) TTU 的通信功能有限RS232C 通信有效距離短（15m） ；RS485 總線為主從結(jié)構(gòu)，主接點(diǎn)工作繁忙時(shí)影響系統(tǒng)性能和可靠性。并且，由于其速率低，只能采用問(wèn)答方式傳輸數(shù)據(jù)，傳輸效率低；而現(xiàn)場(chǎng)總線也存在著標(biāo)準(zhǔn)難以統(tǒng)一和傳輸速度慢的問(wèn)題。此外，由于元器件的性能不能達(dá)到要求以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用的原因，使得大多數(shù) TTU 不能直接與主站進(jìn)行通信，從而造成通信結(jié)構(gòu)的層次增加，設(shè)備投入加大。（2）通信方式和標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，接口電路復(fù)雜由于配電系統(tǒng)中不同通信層次所采用的通信方式不一樣，以及各生產(chǎn)廠家所采用的通信標(biāo)準(zhǔn)往往不一致，導(dǎo)致 TTU 不是通用性不強(qiáng)，就是接口電路太多、太復(fù)雜，既浪費(fèi)軟硬件資源又降低了系統(tǒng)的可靠性。 變壓器監(jiān)測(cè)終端通信技術(shù)的發(fā)展 通信系統(tǒng)是建設(shè)配電自動(dòng)化系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，采用什么樣的通信方式、通信結(jié)構(gòu)很大程度上決定了系統(tǒng)的優(yōu)劣。未來(lái)的通信技術(shù)應(yīng)該是根據(jù)配電自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)際需要，在保證可靠性及功能要求的基礎(chǔ)上，盡量注意開(kāi)放性及可擴(kuò)充性，并且所選擇的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具有一定的技術(shù)先進(jìn)性和通用性，盡量向國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)靠攏。應(yīng)采用規(guī)范化、符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議和規(guī)約。 21 世紀(jì)配網(wǎng)自動(dòng)化的一個(gè)主要特征就是全面實(shí)現(xiàn)由局部的自動(dòng)化到全網(wǎng)的自動(dòng)化，即互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)化。特別是嵌入式以太網(wǎng)微處理器的發(fā)展為配變監(jiān)測(cè)終端采用嵌入式以太網(wǎng)通信技術(shù)提供了條件，可以很方便的實(shí)現(xiàn)各 TTU 之間、TTU 與主站或其他智能設(shè)備之間的信息共享 [2]。2 CAN 總線概述 CAN 總線的產(chǎn)生與發(fā)展控制器局部網(wǎng)（CAN－CONTROLLER AREA NETWORK）是 BOSCH 公司為現(xiàn)代汽車(chē)應(yīng)用領(lǐng)先推出的一種多主機(jī)局部網(wǎng)，由于其高性能、高可靠性、實(shí)時(shí)性等優(yōu)點(diǎn)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、多種控制設(shè)備、交通工具、醫(yī)療儀器以及建筑、環(huán)境控制等眾多部門(mén)?？刂破骶植烤W(wǎng)將在我國(guó)迅速普及推廣。 由于 CAN 為愈來(lái)愈多不同領(lǐng)域采用和推廣，導(dǎo)致要求各種應(yīng)用領(lǐng)域通信報(bào)文的標(biāo)準(zhǔn)化。為此，1991 年 9 月 PHILIPS SEMICONDUCTORS 制訂并發(fā)布了 CAN 技術(shù)規(guī)范（VERSION ） 。該技術(shù)規(guī)范包括 A 和 B 兩部分。 給出了曾在 CAN 技術(shù)規(guī)范版本中定義的 CAN 報(bào)文格式，能提供 11 位地址；而 給出了標(biāo)準(zhǔn)的和擴(kuò)展的兩種報(bào)文格式，提供 29 位地址。此后，1993 年 11 月 ISO 正式頒布了道路交通運(yùn)載工具數(shù)字信息交換高速通信控制器局部網(wǎng)（CAN）國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（ISO11898） ，為控制器局部網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化推廣鋪平了道路 [3]。 CAN 總線技術(shù)介紹 位仲裁 要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理,就必須將數(shù)據(jù)快速傳送,這就要求數(shù)據(jù)的物理傳輸通路有較高的速度。在幾個(gè)站同時(shí)需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),要求快速地進(jìn)行總線分配。 　　CAN 總線以報(bào)文為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送,報(bào)文的優(yōu)先級(jí)結(jié)合在 11 位標(biāo)識(shí)符中,具有最低二進(jìn)制數(shù)的標(biāo)識(shí)符有最高的優(yōu)先級(jí)。這種優(yōu)先級(jí)一旦在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)被確立后就不能再被更改。總線讀取中的沖突可通過(guò)位仲裁解決。 CAN 的報(bào)文格式　　 在總線中傳送的報(bào)文,每幀由 7 部分組成。CAN 協(xié)議支持兩種報(bào)文格式,其唯一的不同是標(biāo)識(shí)符(ID)長(zhǎng)度不同,標(biāo)準(zhǔn)格式為 11 位,擴(kuò)展格式為 29 位。 　　在標(biāo)準(zhǔn)格式中,報(bào)文起始位稱(chēng)為幀起始(SOF),然后是由 11 位標(biāo)識(shí)符和遠(yuǎn)程發(fā)送請(qǐng)求位 (RTR)組成的仲裁場(chǎng)。RTR 位標(biāo)明是數(shù)據(jù)幀還是請(qǐng)求幀,在請(qǐng)求幀中沒(méi)有數(shù)據(jù)字節(jié)。 　　控制場(chǎng)包括標(biāo)識(shí)符擴(kuò)展位(IDE),指出是標(biāo)準(zhǔn)格式還是擴(kuò)展格式。它還包括一個(gè)保留位 (ro),為將來(lái)擴(kuò)展使用。它的最后四個(gè)字節(jié)用來(lái)指明數(shù)據(jù)場(chǎng)中數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度(DLC)。數(shù)據(jù)場(chǎng)范圍為 0～8 個(gè)字節(jié),其后有一個(gè)檢測(cè)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的循環(huán)冗余檢查（CRC） 。 數(shù)據(jù)錯(cuò)誤檢測(cè)　　不同于其它總線,CAN 協(xié)議不能使用應(yīng)答信息。事實(shí)上,它可以將發(fā)生的任何錯(cuò)誤用信號(hào)發(fā)出。CAN 協(xié)議可使用五種檢查錯(cuò)誤的方法,其中前三種是基于報(bào)文內(nèi)容檢查。（1）循環(huán)冗余檢查(CRC) 　　在一幀報(bào)文中加入冗余位可保證報(bào)文正確。接收站通過(guò) CRC 可判斷報(bào)文是否有錯(cuò)。 （2）幀檢查 　　通過(guò)位場(chǎng)檢查幀的格式和大小來(lái)確定報(bào)文的正確性,用于檢查格式上的錯(cuò)誤。 （3）應(yīng)答錯(cuò)誤 　　被接收到的幀由接收站通過(guò)明確的應(yīng)答來(lái)確認(rèn)。如果發(fā)送站未收到應(yīng)答,那么表明接收站發(fā)現(xiàn)幀中有錯(cuò)誤。CAN 協(xié)議也可通過(guò)位檢查的方法探測(cè)錯(cuò)誤。 （4）總線檢測(cè) 有時(shí),CAN 中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)可監(jiān)測(cè)自己發(fā)出的信號(hào)。因此,發(fā)送報(bào)文的站可以觀測(cè)總線電平并探測(cè)發(fā)送位和接收位的差異。 （5）位填充 　　一幀報(bào)文中的每一位都由不歸零碼表示,可保證位編碼的最大效率。然而,如果在一幀報(bào)文中有太多相同電平的位,就有可能失去同步。為保證同步,同步沿用位填充產(chǎn)生。在五個(gè)連續(xù)相等位后,發(fā)送站自動(dòng)插入一個(gè)與之互補(bǔ)的補(bǔ)碼位。接收時(shí),這個(gè)填充位被自動(dòng)丟掉。例如,五個(gè)連續(xù)的低電平位后,CAN 自動(dòng)插入一個(gè)高電平位。CAN 通過(guò)這種編碼規(guī)則檢查錯(cuò)誤,如果在一幀報(bào)文中有 6 個(gè)相同位,CAN 就知道發(fā)生了錯(cuò)誤。 但這種方法存在一個(gè)問(wèn)題,即一個(gè)發(fā)生錯(cuò)誤的站將導(dǎo)致所有數(shù)據(jù)被終止,其中也包括正確的數(shù)據(jù)。因此,如果不采取自監(jiān)測(cè)措施,總線系統(tǒng)應(yīng)采用模塊化設(shè)計(jì) [4]。 CAN 總線性能特點(diǎn) CAN 總線特點(diǎn) CAN 總線是德國(guó) BOSCH 公司從 80 年代初為解決現(xiàn)代汽車(chē)中眾多的控制與測(cè)試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開(kāi)發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，它是一種多主總線，通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖維。通信速率可達(dá) 1MBPS。它的特點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面：（1）完成對(duì)通信數(shù)據(jù)的成幀處理（2）使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)在理論上不受限制（3）可在各節(jié)點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)自由通信（4）通信速度（5）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 CAN 總線優(yōu)勢(shì)CAN 屬于現(xiàn)場(chǎng)總線的范疇,它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。較之目前許多 RS485 基于 R 線構(gòu)建的分布式控制系統(tǒng)而言, 基于 CAN 總線的分布式控制系統(tǒng)在以下方面具有明顯的優(yōu)越性：(1) 網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信實(shí)時(shí)性強(qiáng)CAN 控制器工作于多主方式,網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點(diǎn)都可根據(jù)總線訪問(wèn)優(yōu)先權(quán)采用無(wú)損結(jié)構(gòu)的逐位仲裁的方式競(jìng)爭(zhēng)向總線發(fā)送數(shù)據(jù),且 CAN 協(xié)議廢除了站地址編碼,而代之以對(duì)通信數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼,這可使不同的節(jié)點(diǎn)同時(shí)接收到相同的數(shù)據(jù),這些特點(diǎn)使得 CAN 總線構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信實(shí)時(shí)性強(qiáng),并且容易構(gòu)成冗余結(jié)構(gòu),提高系統(tǒng)的可靠性和系統(tǒng)的靈活性。(2) 縮短了開(kāi)發(fā)周期CAN 總線通過(guò) CAN 收發(fā)器接口芯片 82C250 的兩個(gè)輸出端 CANH 和 CANL 與物理總線相連,而 CANH 端的狀態(tài)只能是高電平或懸浮狀態(tài),CANL 端只能是低電平或懸浮狀態(tài)。這就保證不會(huì)在出現(xiàn)在 RS485 網(wǎng)絡(luò)中的現(xiàn)象,即當(dāng)系統(tǒng)有錯(cuò)誤,出現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)同時(shí)向總線發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),導(dǎo)致總線呈現(xiàn)短路,從而損壞某些節(jié)點(diǎn)的現(xiàn)象。(3) 已形成國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線　　與其它現(xiàn)場(chǎng)總線比較而言,CAN 總線是具有通信速率高、容易實(shí)現(xiàn)、且性?xún)r(jià)比高等諸多特點(diǎn)的一種已形成國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線。這些也是目前 CAN 總線應(yīng)用于眾多領(lǐng)域,具有強(qiáng)勁的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的重要原因。(4) 最有前途的現(xiàn)場(chǎng)總線之一　 與一般的通信總線相比,CAN 總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性。由于其良好的性能及獨(dú)特的設(shè)計(jì),CAN 總線越來(lái)越受到人們的重視。同時(shí),由于 CAN 總線本身的特點(diǎn),其應(yīng)用范圍目前已不再局限于汽車(chē)行業(yè),而向自動(dòng)控制、航空航天、航海、過(guò)程工業(yè)、機(jī)械工業(yè)、紡織機(jī)械、農(nóng)用機(jī)械、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、醫(yī)療器械及傳感器等領(lǐng)域發(fā)展。CAN 已經(jīng)形成國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),并已被公認(rèn)為幾種最有前途的現(xiàn)場(chǎng)總線之一 [5]。 CAN 總線模塊CAN 總線模塊由一個(gè) CAN 總線控制器 SJA1000 和一個(gè) CAN 收發(fā)器 PCA82C250 組成,它們共同構(gòu)成一個(gè) CAN 節(jié)點(diǎn)。模塊的電源由接口掛箱上的接口插座提供。 芯片簡(jiǎn)介 SJA1000 是 Philips 公司推出的一種獨(dú)立 CAN 總線控制器，用于移動(dòng)目標(biāo)和工業(yè)環(huán)境中的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)控制。它全面兼容 協(xié)議，同時(shí)支持 11 位和 29 位標(biāo)識(shí)碼，位速率可達(dá) 1Mbits/S。SJA1000 有兩種工作模式，分別為 BasicCAN 模式和 PeliCAN 模式。PeliCAN 模式在 BasicCAN 模式的基礎(chǔ)上進(jìn)行了功能的擴(kuò)展，本文的介紹和應(yīng)用程序都是基于 PeliCAN 模式。和 51 系列單片機(jī)一樣，SJA1000 有自己的數(shù)據(jù)、地址總線，并且是分時(shí)復(fù)用的，ALE 是地址鎖存信號(hào)。SJA1000 與微處理器的接口非常簡(jiǎn)單，微處理器以訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器的方式來(lái)訪問(wèn) SJA1000。由于 SJA1000 的內(nèi)部寄存器分布在連續(xù)的地址內(nèi)，所以完全可以把 SJA1000 當(dāng)作外部 RAM。PCA82C250 是 CAN 協(xié)議控制器和物理總線間的接口，它主要是為汽車(chē)中高速通訊應(yīng)用而設(shè)計(jì)。此器件對(duì)總線提供差動(dòng)發(fā)送能力，對(duì) CAN 控制器提供差動(dòng)接收能力，完全符合“ISO11898”標(biāo)準(zhǔn)。這 是 全 世 界 使 用 最 廣 泛 的 CAN 收 發(fā) 器 。PCA82C250 可以提供對(duì)總線數(shù)據(jù)的差動(dòng)發(fā)送能力和對(duì)通信總線數(shù)據(jù)的差動(dòng)接收能力。其引腳 8 較為特殊，該引腳用于選擇電路自身的工作方式：高速、斜率控制和待機(jī)。該腳接地時(shí)，PCA82C250 工作于高速通信方式；接一個(gè)定阻值的電阻器后再接地，用于控制發(fā)送數(shù)據(jù)脈沖的上升和下降斜率（斜率正比于引腳 8 上的電流值），用以減少射頻干擾；該腳接高電平時(shí)，電路進(jìn)入低電流待機(jī)狀態(tài)。在這種方式下，發(fā)送器被關(guān)閉，接收器轉(zhuǎn)至低電流工作，但接收器仍可對(duì) CAN 總線上的“顯性” 位做