由于電子信息技術的進步，現(xiàn)場總線技術已經(jīng)在高壓開關柜功能智能化系統(tǒng)中得到了廣泛應用，使高壓開關柜的在線檢測系統(tǒng)形成了一個分布式的監(jiān)測系統(tǒng)，并使整個系統(tǒng)較傳統(tǒng)的集中監(jiān)測系統(tǒng)性能增強，功能更為完善。 1　CAN總線技術及其特點 在傳統(tǒng)的變電站監(jiān)測系統(tǒng)中，一般采用BITBUS總線和RS-485總線，但在實際應用中都有以下缺陷： a.　BITBUS總線和RS-485總線上只能有一個主節(jié)點，無法構成多主系統(tǒng)，一旦主節(jié)點出現(xiàn)故障，系統(tǒng)就不能正常運行，導致整個系統(tǒng)的可靠性較差。 b.　BITBUS總線和RS-485總線的抗干擾能力較差，不適應在高電磁環(huán)境下運行，而且其錯誤處理能力也很差。 c. 數(shù)據(jù)通信方式是命令響應式，下端節(jié)點只有在收到主節(jié)點的命令以后，才能響應，從而造成數(shù)據(jù)不能及時上傳，導致整個系統(tǒng)實時性較差，不適用于開關柜在線檢測這種要求實時性很高的系統(tǒng)中。 本文采用了目前在工業(yè)測控系統(tǒng)中常用的控制器局域網(wǎng)絡CAN。CAN 總線采用差分驅動，可適用于高噪聲干擾的環(huán)境且具有較強的糾錯能力，目前已形成國際標準ISO11898規(guī)范。其價格低廉，可靠性高，結構靈活，為最有前途的現(xiàn)場總線之一。 CAN采用了OSI/ISO模型全部7層中的2層，即物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，用戶可以這2層為基礎，根據(jù)實際需要開發(fā)相應的應用層通信協(xié)議。CAN 的主要特點如下： a.　可以多主方式工作，網(wǎng)絡上任意節(jié)點均可以在任意時刻主動地向總線上其他節(jié)點發(fā)送信息，因而可以構成多主機系統(tǒng)。 b. 當CAN 節(jié)點嚴重錯誤時，具有自動關閉輸出的功能，切斷該節(jié)點與總線的聯(lián)系，使總線上的其他節(jié)點及通信不受影響，故具有較強的抗干擾能力。 c.　采用非破壞性總線仲裁技術，當2個節(jié)點同時向總線上發(fā)送信息時，優(yōu)先級低的節(jié)點主動停止數(shù)據(jù)發(fā)送，而優(yōu)先級高的節(jié)點可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，節(jié)省了總線沖突仲裁時間，避免了總線沖突。 d.　總線上的節(jié)點信息可以分成不同的優(yōu)先級，以滿足不同的實時要求。 e.　可以用點對點、一點對多點及全局廣播等幾種方式發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。 f.　CAN 的直接通信距離最遠可達10km，此時傳輸速率只能達到5kbit/s；最高通信速率可達到1Mbit/s，此時最大傳輸距離為40m；CAN上的節(jié)點數(shù)實際可達110個。 g.　CAN 采用短幀結構，每幀信息含有8個字節(jié)，并有CRC校驗等檢錯措施，傳輸時間短，保證了數(shù)據(jù)出錯率低。 h.　通信介質采用雙絞線、同軸電纜或光纖，選擇靈活。 總之，采用CAN 總線實時性強、可靠性高，用戶接口簡單，非常適用于變電所中構成高壓開關柜故障在線檢測系統(tǒng)。 　　 2　系統(tǒng)總體設計方案 高壓開關柜在線檢測系統(tǒng)結構如圖1所示。 整個系統(tǒng)通過CAN總線將各采集單元模塊和監(jiān)控計算機單元連成分布式結構的現(xiàn)場控制網(wǎng)絡，網(wǎng)絡中計算機和各個檢測單元模塊分別有自己的ID標志，且保證各自的ID不重復。由數(shù)據(jù)采集單元模塊采集開關柜的各種信號參數(shù)，通過CAN總線送至系統(tǒng)監(jiān)控機單元，建立起全變電站高壓開關柜的數(shù)據(jù)庫，計算機對整個CAN 總線系統(tǒng)進行監(jiān)視管理，具有系統(tǒng)參數(shù)（如傳輸速率、節(jié)點地址等）設置、數(shù)據(jù)發(fā)送、數(shù)據(jù)接收、本機狀態(tài)查詢、節(jié)點狀態(tài)查詢、中斷狀態(tài)查詢等功能。系統(tǒng)監(jiān)控機單元采用工業(yè)控制機配CAN 總線通信接口卡組成，它接收數(shù)據(jù)采集單元模塊發(fā)來的數(shù)據(jù)，經(jīng)計算機進行相應的計算處理得出高壓開關柜的各個參數(shù)的值，根據(jù)各種參數(shù)及其波形等相關性質，從而具體分析得出高壓開關柜的工作狀態(tài)。CAN 總線通信接口卡使工控機能方便地連接到CAN 總線上，它由CAN 接口電路及其與計算機串口的連接電路組成，確保數(shù)據(jù)能準確地在CAN 總線和計算機之間流通。 　　 3　硬件電路設計 由于計算機串口是標準的RS-232接口，發(fā)出的數(shù)據(jù)信號是以字節(jié)為單位進行傳送，而CAN 總線信號是以幀為單位進行傳送的，因此要想在計算機串口與CAN 總線之間進行數(shù)據(jù)傳送，就必須有CAN總線通信接口卡，此卡的作用就是把計算機串口發(fā)出的信號和CAN 總線發(fā)出的信號進行格式轉換，使每一方都能識別對方發(fā)送來的信號，實現(xiàn)數(shù)據(jù)流通。 本文CAN 總線通信接口卡硬件電路設計如圖2所示，圖中省略了振蕩電路和復位電路。 3.1　CAN 接口電路 3.1.1　CAN 控制器的選取 采用SJA1000芯片，它支持CAN2.0B通信協(xié)議，它與僅支持CAN2.0A的CAN控制器PCA82C200在硬件和軟件上完全兼容，并在其基礎上增加了新功能：標準幀數(shù)據(jù)結構和擴展幀數(shù)據(jù)結構，這兩種幀格式都有單2 雙接收過濾器；64byte的接收FIFO；可讀寫訪問的錯誤計數(shù)器和錯誤限制報警及只聽方式等。 3.1.2　CAN 收發(fā)器 PCA82C250是Philips公司的CAN控制器和物理總線間的接口，可提供對總線的差動發(fā)送和接收能力。它有三種不同的工作方式：高速、備用和斜率控制。一般采用斜率控制方式。硬件電路中使用PCA82C250是為了增大通信距離，提高系統(tǒng)的瞬間抗干擾能力，保護總線等作用。 3.1.3　光電隔離 為了進一步提高系統(tǒng)的抗干擾能力，在控制器SJA1000和收發(fā)器PCA82C250之間增加了由高速隔離器件6N137構成的隔離電路。 3.1.4 單片機的選取 裝置選用AT89C51為處理器，它是ATMEL公司8位單片機，與MCS51完全兼容，內部集成有4kbit/s的閃速E2PROM，工作頻率最高可達20MHz。 3.1.5　電平轉換芯片的選取 在CAN 接口電路中，AT89C51芯片使用的是TTL電平，而從計算機串口輸出的是RS-232電平，因此要想計算機串口與單片機連接，必須進行電平轉換。MAXIM公司生產(chǎn)的MAX202芯片是在缺少±12V電源時進行RS-232/TTL雙向電平轉換芯片，它的 供電電源是單+5V，電平轉換的速度的最大值不小于120kbit/s。為了使計算機的電源與CAN接口電路的電源互不受干擾，還在MAX202與AT89C51之間采用光電耦合器，以達到電源隔離的目的。 3.1.6　數(shù)據(jù)采集單元電路 采集單元電路一般由微處理器外加顯示鍵盤電路、模擬量輸入電路、開關量輸入/輸出電路、CAN 總線通信接口電路、實時時鐘電路等組成。 　　 4　軟件設計 系統(tǒng)采用C語言開發(fā)軟件。CAN總線各節(jié)點與AT89C51要有效、實時地完成數(shù)據(jù)通信，軟件的設計是關鍵，也是難點。 軟件設計主要包括計算機串口通信程序、AT89C51通信程序、CAN節(jié)點初始化程序、CAN數(shù)據(jù)發(fā)送、接收程序以及CAN總線出錯處理程序等。CAN控制器SJA1000的內部寄存器作為AT89C51芯片的片外寄存器，AT89C51和SJA1000之間進行狀態(tài)、控制和數(shù)據(jù)的交換都是通過SJA1000在復位模式或工作模式下對這些寄存器的讀寫完成的。 在初始化CAN內部寄存器時，注意使得各節(jié)點的位速率必須一致，而且收、發(fā)雙方必須同步。數(shù)據(jù)的接收主要有中斷和查詢接收兩種方式。為提高通信的實時性，采用中斷接收方式，而且這樣也可保證接收緩存器不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)溢出現(xiàn)象。下面給出SJA1000工作在Basic CAN模式下的初始化流程圖（圖3）及數(shù)據(jù)接收的源程序。 采用CAN總線技術組成的變電站高壓開關柜在線檢測系統(tǒng)已在中小型變電站中得到應用，經(jīng)過實際運行，具有很好的可靠性和抗干擾性，能更好地掌握高壓開關柜的運行狀態(tài)，穩(wěn)定顯示出各參數(shù)的波形，可以及時對設備進行檢修，避免事故發(fā)生。 　　 5　結束語 在變電站高壓開關柜在線檢測系統(tǒng)中應用了CAN總線技術，設計了主要硬、軟件，并得到實際應用。其硬件電路和軟件的設計方法同樣適合于其他基于CAN總線的分布式控制系統(tǒng)的節(jié)點設計。