基于CAN總線(xiàn)的變頻設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

概述：

近年來(lái)，隨著國(guó)家建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的提出，對(duì)節(jié)能節(jié)電的重視程度越來(lái)越高，特別是加大了對(duì)國(guó)有企業(yè)中的大型用電設(shè)備的節(jié)能改造力度，變頻器在油田，煤礦，發(fā)電廠，鋼鐵廠等國(guó)有大型企業(yè)中的使用數(shù)量越來(lái)越多。特別是油田上，抽油機(jī)變頻器，潛油電泵變頻器，注水泵變頻器和加熱電源等電力電子設(shè)備在油田的大面積推廣使用。根據(jù)油田生產(chǎn)野外作業(yè)的特殊性----每個(gè)設(shè)備之間的距離比較遠(yuǎn)，但又相對(duì)集中，所以基于各種現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的集中控制顯得越來(lái)越有必要。CAN總線(xiàn)在變頻設(shè)備的集中管理和控制上顯示了突出的優(yōu)勢(shì)，其超遠(yuǎn)距離傳輸，和超強(qiáng)的抗干擾性是其他總線(xiàn)所不能比擬的。另外最重要的一點(diǎn)是在整個(gè)控制系統(tǒng)中，不分主從的組網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，方便的增減通訊節(jié)點(diǎn)。

山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司的中、低壓變頻器和加熱電源性能穩(wěn)定，各種保護(hù)功能齊全，具有RS232和RS485通訊接口。到2007年6月份止，在大慶油田，勝利油田的使用總數(shù)數(shù)量超過(guò)700臺(tái)，其中勝利油田大概500臺(tái)左右，并且呈現(xiàn)快速上升的趨勢(shì)。另外新鄉(xiāng)制藥集團(tuán)的發(fā)酵罐變頻器設(shè)備也有上百套。這對(duì)于同一品牌的變頻器在同一領(lǐng)域內(nèi)的市場(chǎng)占有率是相當(dāng)高的。這就為基于CAN總線(xiàn)的遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)提供了很大的市場(chǎng)條件，也有了推廣的必要性。另外該系統(tǒng)對(duì)于同時(shí)擁有多臺(tái)變頻設(shè)備的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)都能靈活的應(yīng)用。

CAN總線(xiàn)介紹：

CAN使用的通訊協(xié)議是CSMA／CD協(xié)議（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection）。網(wǎng)絡(luò)上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)在向總線(xiàn)發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候總是要監(jiān)聽(tīng)總線(xiàn)的狀態(tài)是否空閑，若檢測(cè)到?jīng)]有沖突，即總線(xiàn)處于空閑狀態(tài)，這時(shí)候每個(gè)節(jié)點(diǎn)向總線(xiàn)發(fā)送數(shù)據(jù)且每個(gè)節(jié)點(diǎn)的機(jī)會(huì)均等，既載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)。如果兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向總線(xiàn)發(fā)送數(shù)據(jù)，節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到?jīng)_突，并做出相應(yīng)的無(wú)損仲裁處理。即在沖突以后，數(shù)據(jù)能保持不變,繼續(xù)監(jiān)聽(tīng)總線(xiàn)，等待下一次發(fā)送。

CAN協(xié)議是一個(gè)基于消息格式的協(xié)議而不是完全基于節(jié)點(diǎn)ID的傳輸?shù)膮f(xié)議，廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼?；谶@種協(xié)議：消息的傳輸不只是按照地址從一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)搅硪粋€(gè)節(jié)點(diǎn)，還可以實(shí)現(xiàn)組播和廣播。廣播時(shí)，系統(tǒng)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能接收總線(xiàn)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)并確認(rèn)是否每個(gè)消息都能被正確的接收。同時(shí)每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能判斷接收的數(shù)據(jù)是應(yīng)該被保存還是立刻丟棄。在CAN通訊過(guò)程中的錯(cuò)誤檢測(cè)中主要包括：應(yīng)答錯(cuò)誤，格式錯(cuò)誤，位錯(cuò)誤，填充錯(cuò)誤。其中主要的錯(cuò)誤狀態(tài)有錯(cuò)誤激活，錯(cuò)誤認(rèn)可，總線(xiàn)關(guān)閉等。

CAN總線(xiàn)有以下特點(diǎn)：

(1)CAN可以是對(duì)等結(jié)構(gòu)，即多主機(jī)工作方式，

圖1系統(tǒng)拓?fù)鋱D

變頻器節(jié)點(diǎn)信息采集：

節(jié)點(diǎn)信息主要是指變頻器的各個(gè)運(yùn)行參數(shù)以及運(yùn)行狀態(tài)，風(fēng)光變頻器常用的參數(shù)設(shè)置主要有：運(yùn)行頻率，最高頻率，起始頻率，加速時(shí)間，減速時(shí)間，額定電流，V/F曲線(xiàn)選擇，開(kāi)環(huán)/閉環(huán)設(shè)定，多段速設(shè)定，實(shí)際輸入電流、電壓，實(shí)際輸出電流、電壓，低頻補(bǔ)償；另外還有多種故障保護(hù)監(jiān)測(cè)：短路保護(hù)（瞬間電流超過(guò)額定電流的1.8倍），過(guò)流保護(hù)（電流超過(guò)額定電流的1.5倍并持續(xù)1Min），過(guò)壓保護(hù)（輸入電壓超出額定電壓的1.2倍），欠壓保護(hù)（輸入電壓低于額定電壓的0.8倍），溫升保護(hù)（變頻器內(nèi)部溫度高于75攝氏度），缺相保護(hù)，外部異常保護(hù)等等。

目前的采集方式有兩種：對(duì)于原來(lái)的機(jī)型主控芯片為N87C196MC，主控板的對(duì)外的通訊方式為RS485，所以在與CAN總線(xiàn)通訊是必須外加一個(gè)RS485－CAN的轉(zhuǎn)換電路。

圖2節(jié)點(diǎn)信息采集示意圖

隨著產(chǎn)品的升級(jí)換代，DSP的應(yīng)用使得通訊變得更加容易，TI公司的TSMLF2407A芯片上集成了CAN通訊接口，可以省略上面的電路。升級(jí)后的風(fēng)光變頻器實(shí)現(xiàn)起來(lái)CAN總線(xiàn)通訊將會(huì)變得更加的簡(jiǎn)單。

數(shù)據(jù)的傳輸與轉(zhuǎn)換：

數(shù)據(jù)在送到總線(xiàn)上后，要通過(guò)介質(zhì)傳輸，于CAN協(xié)議本身對(duì)差錯(cuò)控制算法比較優(yōu)化，所以對(duì)介質(zhì)沒(méi)有很高的要求，就普通的雙絞線(xiàn)由就能夠達(dá)到10km的傳輸距離。但是考慮到變頻器運(yùn)行和設(shè)備控制的絕對(duì)可靠性，我們?cè)?/span>5km的傳輸范圍內(nèi)使用雙絞線(xiàn)，在超出5km時(shí)采用光纖作為中間傳輸介質(zhì)用來(lái)提高抗干擾能力。

CAN在傳輸?shù)娇刂朴?jì)算機(jī)時(shí)，必須外加一個(gè)電平轉(zhuǎn)換器來(lái)完成與主控計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)交換，其轉(zhuǎn)換原理如圖2所示。另外這種轉(zhuǎn)換裝置在目前的市場(chǎng)上有比較成熟的產(chǎn)品，如圖3所示為周立功推出的轉(zhuǎn)換接口，使用起來(lái)對(duì)用戶(hù)來(lái)說(shuō)基本上屬于透明設(shè)備，使用起來(lái)比較方便。

圖3 CAN-232轉(zhuǎn)換接口卡

人機(jī)界面：

監(jiān)控計(jì)算機(jī)的監(jiān)控程序配置有特定系統(tǒng)和通用型系統(tǒng)兩種，下面是一個(gè)通用型20套設(shè)備的集中監(jiān)控人機(jī)界面。整個(gè)人機(jī)界面系統(tǒng)包括兩個(gè)部分：設(shè)備監(jiān)測(cè)部分和設(shè)備控制部分。

若在系統(tǒng)中增加一個(gè)設(shè)備后，可以人為的為該設(shè)備設(shè)置一個(gè)設(shè)備號(hào)，并在系統(tǒng)中存儲(chǔ)，既啟用一個(gè)設(shè)備號(hào)。在系統(tǒng)移除一個(gè)設(shè)備后，可以刪除設(shè)備號(hào)，可以再重新利用。啟用后的設(shè)備編號(hào)為可操作編號(hào)，否則該編號(hào)不可操作。設(shè)備正常運(yùn)行后，正常指示綠燈亮，出現(xiàn)異常，紅燈亮。

為方便操作，可以對(duì)整個(gè)系統(tǒng)中的多臺(tái)設(shè)備分成若干個(gè)控制組進(jìn)行管理，在按組操作時(shí)，對(duì)該組中的所有設(shè)備同時(shí)做出相應(yīng)操作：開(kāi)機(jī)，停機(jī)，緊急停機(jī)，參數(shù)設(shè)置，頻率調(diào)節(jié)等。可以同時(shí)查看該組中的共同的參數(shù)設(shè)置。雙擊設(shè)備號(hào)也可以按設(shè)備查看運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行曲線(xiàn)，也可以方便的對(duì)單個(gè)設(shè)備進(jìn)行各種操作。也可以對(duì)給系統(tǒng)中的全部設(shè)備同時(shí)操作。

圖4人機(jī)界面示意圖

結(jié)束語(yǔ)：

在整個(gè)系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)本著靈活方便的原則，能夠適應(yīng)于多個(gè)工作現(xiàn)場(chǎng)的思想來(lái)設(shè)計(jì)的。硬件節(jié)點(diǎn)部分發(fā)生故障后，能夠在最短的時(shí)間內(nèi)把數(shù)據(jù)上傳。上位機(jī)也能實(shí)時(shí)的對(duì)各個(gè)設(shè)備進(jìn)行觀測(cè)和控制，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控的目的，方便了操作，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)還節(jié)約了生產(chǎn)成本。