1 引言
    變電站遠動系統(tǒng)是應(yīng)用控制技術(shù)、信息處理和通信技術(shù)，通過計算機軟硬件系統(tǒng)或自動裝置代替人工進行各種運行作業(yè)，提高變電站運行、管理水平的一種自動化系統(tǒng)。

    目前，在變電站遠動系統(tǒng)中，微機保護、微機監(jiān)控和其它微機型的自控裝置間的通信，大多數(shù)通過RS一422/RS一485通信接口相連，實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)與微機保護和自動裝置間的相互交換數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息。采用RS一422/RS一485通信接口，雖然可實現(xiàn)多個節(jié)點(設(shè)備)間的互連，但連接的節(jié)點數(shù)一般不超過32個，在變電站規(guī)模稍大時，便滿足不了綜合自動化系統(tǒng)的要求:其次，采用RS一422/RS一485通信接口，其通信方式多為查詢方式，即由主計算機問，保護單元或自控裝置答，通信效率低，難以滿足較高的實時性要求;再者，使用RS一422/RS一485通信接口，整個通信網(wǎng)上只能有一個主節(jié)點對通信進行管理和控制，其余皆為從節(jié)點，這樣主節(jié)點便成為系統(tǒng)的瓶頸，一旦主節(jié)點出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)的通信便無法進行。而80年代中期發(fā)展起來的現(xiàn)場總線有效解決了以上問題，在變電站的自動化設(shè)備采用面向?qū)ο蟮奈C化產(chǎn)品后，應(yīng)用現(xiàn)場總線是必然的趨勢。

     現(xiàn)場總線是新型自動化系統(tǒng)的一種低帶寬的底層控制網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)場總線的出現(xiàn)得益于計算機和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機技術(shù)的發(fā)展使得微處理器及其外圍器件的價格不斷地大幅度下降，從而使傳統(tǒng)的控制器智能化，也使智能化控制器的普及成為可能。信息技術(shù)的發(fā)展要求及時、迅速、大量地獲取各種相關(guān)的信息，因此獲取手段的智能化、信息傳遞途徑的網(wǎng)絡(luò)化是問題的關(guān)鍵。

    計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了基地式氣動儀表控制系統(tǒng)、電動單元組合式模擬儀表控制系統(tǒng)、集中式數(shù)字控制系統(tǒng)和集散控制系統(tǒng)(DCS)等幾個階段，目前正朝著現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)邁進。現(xiàn)場總線技術(shù)已經(jīng)受到計算機工業(yè)控制界的普遍關(guān)注。

    電力自動化控制系統(tǒng)也正由集散控制系統(tǒng)向現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)化，特別是廠站端的信息采集與控制系統(tǒng)中，已廣泛地采用了現(xiàn)場總線技術(shù)，無論是集中式的還是分散式的RTU(Remote Terminal Unit)，現(xiàn)場總線網(wǎng)已突現(xiàn)其無比的優(yōu)越性。本論文主要是對CAN總線的設(shè)計。

2 CAN總線的特點和優(yōu)越性
2.1 CAN總線的特點
    控制局域網(wǎng)絡(luò)(CAN)是由德國Bosch公司為汽車的監(jiān)測與控制而設(shè)計的，目前已逐步應(yīng)用到其他工業(yè)領(lǐng)域，并已成為ISO-11898國際標準。CAN分為數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，符合ISO/OSI標準模型。技術(shù)規(guī)范分為2.0A和2.0B。CAN具有以下技術(shù)特點:

    (l)CANBUS接口芯片支持8位、16位CPU，總線插卡可插在任意PC機上，方便地構(gòu)成分布式監(jiān)控系統(tǒng)，也可置于溫度、壓力、流量等物理量的變送器中，構(gòu)成智能化儀表。

    (2)CANBUS國際標準為ISO 11898，規(guī)范為2.0 PARTA，PARTB。CANBUS可多主方式工作，網(wǎng)格上任意一點均可在任意時刻主動地向網(wǎng)上其它主節(jié)點發(fā)送信息，而不分主從，可方便地構(gòu)成(容錯)多機備份系統(tǒng)及分布式監(jiān)測控制系統(tǒng)。

    (3) CANBUS網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點(信息)可分成不同的優(yōu)先級，能滿足不同的實時需要。CANBUS上的節(jié)點數(shù)據(jù)理論值為2000個，實際節(jié)點數(shù)可達110個,CAN可以點對點、一點對多點(成組)及全局廣播幾種方式傳送和接收數(shù)據(jù).

    (4) CAN采用非破壞性總線仲裁技術(shù)，當兩個接點同時向網(wǎng)絡(luò)上傳送信息時，優(yōu)先級低的接點主動停止數(shù)據(jù)發(fā)送，優(yōu)先級高的節(jié)點不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，有效地避免了總線沖突，節(jié)省了總線沖突裁決時間;更重要的是在網(wǎng)絡(luò)負載很重時也不會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓的情況。

    (5) 全數(shù)字化的雙向傳輸，用以取代傳統(tǒng)的4-20 mA信號，CAN的直接通信距離最遠可達10 km(速度在5 kbps以下);最高通信速率可達1Mbps(距離在40m以下)。

    現(xiàn)場總線出現(xiàn)為分布式控制系統(tǒng)實現(xiàn)各節(jié)點之間實時、可靠的數(shù)據(jù)通信提供了強有力的技術(shù)支持。 CAN(Controller Area Network)屬于現(xiàn)場總線的范疇，它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。較之目前許多RS-485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：

    首先，CAN控制器工作于多主方式，網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點都可根據(jù)總線訪問優(yōu)先權(quán)(取決于報文標識符)采用無損結(jié)構(gòu)的逐位仲裁的方式競爭向總線發(fā)送數(shù)據(jù)，且CAN協(xié)議廢除了站地址編碼，而代之以對通信數(shù)據(jù)進行編碼，這可使不同的節(jié)點同時接收到相同的數(shù)據(jù)，這些特點使得CAN總線構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點之間的數(shù)據(jù)通信實時性強，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。而利用RS-485只能構(gòu)成主從式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，通信方式也只能以主站輪詢的方式進行，系統(tǒng)的實時性、可靠性較差；

    其次，CAN總線通過CAN控制器接口芯片82C250的兩個輸出端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)。這就保證不會出現(xiàn)象在RS-485網(wǎng)絡(luò)中，當系統(tǒng)有錯誤，出現(xiàn)多節(jié)點同時向總線發(fā)送數(shù)據(jù)時，導(dǎo)致總線呈現(xiàn)短路，從而損壞某些節(jié)點的現(xiàn)象。而且CAN節(jié)點在錯誤嚴重的情況下具有自動關(guān)閉輸出功能，以使總線上其他節(jié)點的操作不受影響，從而保證不會出現(xiàn)象在網(wǎng)絡(luò)中，因個別節(jié)點出現(xiàn)問題，使得總線處于"死鎖"狀態(tài)；

    而且，CAN具有的完善的通信協(xié)議可由CAN控制器芯片及其接口芯片來實現(xiàn)，從而大大降低系統(tǒng)開發(fā)難度，縮短了開發(fā)周期，這些是只僅僅有電氣協(xié)議的RS-485所無法比擬的。另外，與其它現(xiàn)場總線比較而言，CAN總線是具有通信速率高、容易實現(xiàn)、且性價比高等諸多特點的一種已形成國際標準的現(xiàn)場總線。這些也是目前 CAN總線應(yīng)用于眾多領(lǐng)域，具有強勁的市場競爭力的重要原因。用戶接口簡單，編程方便，很容易構(gòu)成用戶系統(tǒng)。

3 智能節(jié)點的硬件電路設(shè)計及其工作原理
3.1硬件電路設(shè)計
    智能節(jié)點微控制器選用單片機AMXEL AT89C51，CAN接口由獨立控制器SJA1000和CAN控制器接口芯片82C250組成。SJA1000在軟件上和引腳上都是與它的前款PCA82C200獨立控制器兼容的，并增加了許多新功能：標準幀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和擴展幀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并且這兩種幀格作為式都具有單/雙接收過濾器；64字節(jié)的接收FIFO；可讀寫訪問的錯誤計數(shù)器和錯誤限制報警以及只聽方式等等。

    SJA1000有兩種工作模式：Basic CAN模式和PeliCAN模式，其中PeliCAN模式支持CAN2.0B協(xié)議。SJA1000作為微控制器的片外擴展芯片，其片選引腳CS接在微控制器的地址譯碼器上，從而決定了CAN控制器各寄存器的地址。SJA1000通過CAN總線收發(fā)器82C250連接在物理總線上。82C250器件提供對總線的差動發(fā)送能力和對CAN控制器的差動接受能力，完全和"ISO 11898"標準兼容。其引腳8允許選擇三種不同的工作方式：高速、斜率控制和待機。在低速和總線長度較短時，一般采用斜率控制方式，限制上升和下降斜率，降低射頻干擾，斜率可通過由引腳8至地連接的電阻進行控制。斜率正比于引腳8上的電流輸出。為進一步提高系統(tǒng)抗干擾能力，在CAN控制器SJA1000和CAN總線收發(fā)器82C250之間加快速光耦6N137光電隔離芯片。通信信號傳輸?shù)綄?dǎo)線的端點時會發(fā)生反射，反射信號會干擾正常信號的傳輸，因而總線兩端接有終端電阻R1、R2，以消除反射信號，其阻值約等于傳輸電纜的特性阻抗。智能節(jié)點電路原理圖如圖1所示：
 

結(jié)束語
    從以上分析可知，CAN是真正能實現(xiàn)多主競爭、主動上傳功能的現(xiàn)場總線，特別適合突發(fā)事件的快速傳遞。統(tǒng)一組態(tài)。由于現(xiàn)場總線設(shè)備或現(xiàn)場總線儀表都引人了功能模塊的概念，所有制造商都使用相同的功能塊，并統(tǒng)一組態(tài)方法。這樣就使組態(tài)變得非常簡單，用戶不需因現(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)場儀表種類不同帶來組態(tài)方法的不同，而進行培訓(xùn)或?qū)W習組態(tài)方法及編程語言。主機負荷小，便于擴充和增加管理功能，遠動系統(tǒng)的前端機智能化程度高，對數(shù)據(jù)處理能力強，所有遠動的管理任務(wù)可由適配器完成，大大減輕了主機的負擔，使于進行功能擴展和實現(xiàn)高級控制與管理功能。二者不需要專用的開發(fā)工具，二者結(jié)合組成雙總線網(wǎng)無疑是正確的選擇