CAN总线技术在煤矿电力调度自动化系统中的应用

摘 要：介绍了CAN总线技术的特点及其在煤矿调度自动化测控点的应用、CAN电路原理设计及相关软件。

关键词：煤矿；电力调度；测控点；自动化；CAN总线

引 言

电力是现代化矿山企业的动力，应在保证供电可靠性和安全性的前提下满足矿井生产的需要，使电网合理、经济地运行，最大限度地提高企业的经济效益。计算机科学的发展，现场总线控制系统在数据交换的实时性、准确性、快速性方面的突破性进展，为电力网系统经济、合理的调度运行提供了技术保证和技术支持。笔者在实施某矿区内的电力调度系统时，设计应用了站点内部数据采集模块的通信解决措施。经实践运行证明，CAN总线在电力调度的大系统中作为站点内部智能数据模块与计算机间通信网络在通信速度、通信距离、抗干扰等方面完全能满足控制系统的要求。

CAN总线

CAN总线是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。CAN总线通信介质可以为绞线、同轴电缆或光导纤维，通信速率可达1Mbps，传输距离可达10km。CAN总线具有以下技术特点：

(1) 多主方式工作，非破坏性的基于优先权的总线仲裁技术；

(2) 借助接收滤波实现多地址的帧传送；

(3) 数据采用短帧结构，受干扰率低，对数据帧有信息CRC校验及其它错误检测措施；

(4) 发送期间丢失仲裁或由于出错而遭破获的可以自动重发；

(5) 对于严重错误具有自动关闭总线功能，使总线其它操作不受影响。

基于以上特点，它特别适用于系统分布比较分散、实时性要求高、现场环境干扰大的场合。

调度系统分站点的CAN测控点构成

在本电力调度系统，每个分站点均由工控机和若干测控节点组成，如图1所示。所有测控点都以“平等主体”挂接在总线上，每一点对应35kV回路或6kV回路的测控。测控点能够采集对应回路的遥信量及遥测量，能根据接收到的命令主动将数据发送到CAN总线，通过预先设定的验收码和验收屏蔽码可以控制该测控点从总线上接收哪些数据或命令。站点工控机通过CAN卡从CAN总线上接收各节点数据进行处理，再通过网卡到集团千兆网，转发到总调度中心。



测控点CAN总线接口设计

　　CAN测控点原理图如图2所示，节点的控制选用ATMEL 公司性能价格比较高的AT89C52单片机。这样节点不用再外扩程序存储器，CAN控制器和驱动器选用PHILIPS公司生产的SJA1000及82C250，SJA1000负责完成CAN总线通信协议的物理层和数据链层的功能，CPU对其与其它I/O存储器一样操作。SJA1000片内有片内控制寄存器、命令寄存器、状态寄存器、中断寄存器等。单片机就是通过读写这些寄存器来实现对SJA1000的控制。芯片的TX0、TX1、RX0、RX1引脚用于与CAN总线的接口。



82C250是CAN控制器和物理总线的接口，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，负责将SJA1000发送的TX信号转换为差分信号送到CAN总线上。同时将总线上的差分信号转换为RX 信号，并由SJA1000接收。为了保证通信可靠，提高抗干扰能力及阻抗匹配，在CAN总线的CANH和CANL间加上R6=120Ω的终端匹配电阻。因为该智能测控节点组成的分站工作环境较恶劣，各种电磁干扰较强，为提高其抗干扰能力，在CAN控制器与CAN驱动器间加1个高速光耦6N137。SJA1000的中断输出信号INT1接CPU的INT1，通过中断方式实现单片机与CAN控制器的通信。

软件设计

该智能测控节点的软件由两部分组成：一部分为初始化程序，包括对单片机本身的中断、定时器串行口等的初始化和CAN控制器的初始化；另一部分为测控供电回路电量参数的数据采集处理。

CAN初始化程序如下所述( SJA1000地址为8000H) ：
INTC：MOV A，# 0BH
MOV DPTR，# 8000H；；地址00为CR寄存器
MOVX @DPTR，ACC；CR的内容使它开放错误和接收中断，CAN控制器进入复位模式
MOV A，# 02H
　　　　MOV DPTR，# 8004H；地址04 为ACR寄存器
　　　　MOVX @DPTR，A
　　　　MOV A，# FFH
　　　　INCDPTR　　　　　；数据指针加1，指向AMR寄存器
　　　　MOVX @DPTR，A；# 0FFH送AMR寄存器
　　　　MOV A，# 01H
　　　　MOV DPTR，# 8007H　　；地址07为BTRl 寄存器
　　　　MOVX @DPTR，ACC
　　　　MOV A，# 0AH
　　　　INCDPTR；指向OCR寄存器
　　　　MOVX @DPTR，A；控制器以正常模式输出
　　　　MOV A，# 0FH
　　　　MOV DPTR，# 801FH；1F 为CDR寄存器
　　　　MOVX @DPTR，A
　　　　MOV A，# 0AH
　　　　MOV DPTR，# 8000H
　　　　MOVX @DPTR，A；写CR寄存器，使CAN控制器进入工作模式

RET 初始化完毕，节点即可工作。CAN控制器与单片机AT89C52以中断方式通信，流程图如图3 所示。



结语

经过煤矿电力调度自动化站点测控节点CAN总线的设计及实践应用，真正体会到了CAN总线比以往用的其它形式总线在速度、抗干扰能力、高性能上有着巨大的区别，CAN总线设计灵活、可靠性高、布线方便，更适合于工业领域的各种集散控制系统。