基于CAN总线可通信智能电流继电器的设计

0 引言

传统继电器检测和保护功能多由电磁器件完成，其动作时间长，保护精度低，已不能满足现代输、配电系统自动化的需要。智能化低压电器在国外取得很大进展，其强大功能的充分发挥，必须依赖于低压配电与控制系统网络化。国外主要低压电器制造商开发的新一代低压产品，其技术特点主要是可通信，能与现场总线连接，这种技术给低压电器带来革命性的变化，为此对低压电器提出了可通信要求。因此，能实现联网通信、集中监控的智能化电器越来越成为需要。其主要特征是在智能化的基础上具备基于现场总线的可通信特点。

而现场总线技术作为新技术，在信息传输中只需要一条总线电缆，便可以实现传输所有信息，现场总线技术在维修成本、布线成本以及调试成本上也极大的降低了，并且全数字化，通信速度快和结构开放互连，现场总线控制技术的效率也较高。基于微处理器的智能电器具有强大的检测功能和通信功能,因而利用智能电器实现电力质量监控是最合适的方案,这也是当前中压和低压智能电器的一个新的发展方向.用智能电器实现pq监控有两种结构:一是用于低压智能配电系统中的专用智能化电力质量。安舍esser 12继电器的安舍总线模块808610安舍esser 12继电器的安舍总线模块808610。

1 基于CAN总线的可通信智能继电器总体设计

信令网的拓扑与传送网的拓扑可能是不一样的，物理上公共信令链路可与用户信道是关联的（a、b两个网元间与业务有关的信令消息在直接连结该两网元的信令链路上传送）、非关联的（a、b两个网元间的信令消息在与a、b间业务信号路由不同的一些信令链路上传送，这些信令链路还可能随时间及网络状态而变化）和准关联的（与非关联情况不同的仅仅是信令消息在一些信令链路上的一个预定路由通道上传送）。交换节点 a 交换节点 b 交换节点 c 传输时延 存储时延 处理与排队时延 图1.10 分组交换的时延 分组1 分组2 分组3 分组5 分组4 分组1 分组2 分组3 分组5 分组4 交换节点 a 交换节点 b 交换节点 c 图1.11 报文交换的时延 报文 报文 传输时延 存储时延 处理与排队时延 （二）分组交换 2、虚电路和数据报 （1）虚电路方式：在用户数据传送前，先要通过发送呼叫请求分组建立端到端之间的虚电路。 交换节点a 交换节点b 交换节点c 建立 传送 释放 （一）电路交换 2、多速率电路交换 其基本思路是：在传统电路交换基础上，对不同的业务提供不同的带宽（基本速率的整数倍）。

本文设计的限时速切继电器，在CAN总线上连接一个上位监控PC节点和3个下位智能电流继电器节点，构建智能继电器的监控保护系统，系统结构示意如图1所示。

匹配部分主要作用是实现钢轨阻抗和电缆阻抗的匹配连接，以实现轨道电路信号的有效传输。spi总线是一种应用广泛的短距离串行同步通信协议，针对spi 总线数据不能进行远距离传输的问题，本文介绍了采用rs-422/rs-485 通信协议，利用max3045 和max3093 芯片构成rs-422/rs-485 收发电路，将spi 总线数据由单端不平衡传输方式转换为双端平衡传输方式，利用5 类双绞线作为传输介质，使得spi 总线数据可靠传输距离延长至1200 米，扩展了spi 总线的...。终端 将所有的入网计算机均接入到一条通信传输线上，为防止信号反射，一般在总线两端连有终结器匹配线路阻抗，可以是具有键盘及显示功能的一般终端。

2 基于CAN总线的可通信智能继电器硬件设计

智能继电器节点的硬件组成主要包括：主控单元、测控电路(数据采集和转换、监控存储电路、按键和显示部分、动作信号)、CAN通信接口和电源等部分组成，如图2所示。

2.1 主控制器

其价格比工业控制计算机低许多，但比单片计算机高 单片机 结构简单、价格低廉、功能相对简单 运行速度较慢和数据处理能力较弱，常用于参量类型和数目较少、要求运算速度不高、显示界面简单的小型监测和控制任务，其最典型的应用是自动（智能）监测仪表 从成本、体积、计算性能要求等方面考虑，可选择单片机 3、高速机车轴温测试系统 测试系统的设计 系统硬件构成图 数据传输：串行单总线结构，提高数据传输的可靠性和节省连线 3、高速机车轴温测试系统 测试系统的设计 软件设计 程序核心是主机与传感器的单总线串行通信 抗干扰设计 系统电源：磁环吸收，滤波器 系统主板 加粗电源线和地线 地线有效接地 加屏蔽钢板 三极管改为小继电器 软件：自动复位能力。一种带自动调节大小火的燃气红外线辐射采暖系统，其特征是:包括主控制器2、燃烧机头31、辐射管32、反射板33和点火控制器1，主控制器2有主控器通信接口 3、主控器电源输出端4、主控器电源输入端5，主控器电源输入端5外接电源，主控制器2的主控器电源输出端4向点火控制器i提供输出电源，福射管32固定在反射板33内，福射管32 —端连接燃烧机头31，燃烧机头31内有点火控制器i，主控制器2与点火控制器i电气连接，点火控制器i通过地线端子10、零线端子11、火线端子12与主控制器2的主控器电源输出端4电连接。在主控器控制总线期间完成了一次数据通信（发送或接收）之后，如果想继续占用总线再进行一次数据通信（发送或接收），而又不释放总线智能电流继电器说明书，就需要利用重启动sr信号时序。

2.2 存储监控部分

本文介绍一种用at89s52单片机构成的"温度.时钟显示仪",该电路硬件结构简单,程序简练,成本低廉,使用灵活,非常适合对产品增加辅助功能. 1．电路的主要功能和特点 (1)测试室内温度和显示当前时间. (2)时钟芯片和模数转换芯片都采用串行接口方式,占用mcl,端口较少. (3)作为工业上的辅助功能,程序占用单片机的内部资源较少. (4)采用专用时钟芯片,并且合理的电源设计使得电路具有较强的抗干扰能力. (5)程序均采用模块化方式编写,方便后期维护更新. 2．电路硬件 (1)电源电路。该电路由以u5为核心组成的蓄电池过充电控制电路、以 u 4a ～u4d为核心组成的蓄电池电压指示电路及显示电压按钮开关 ks1 电路、以 u1b 组成的蓄电池过放电控制电路、以 u1a组成的开灯检测控制电路、以 u2 组成的开灯及延时熄灯及二次开灯定时控制电路，以及以控制三极管q2驱动继电器组成的输出控制电路等组成。硬件包含高性能的嵌入式处理器、高精度的*/* 电路、高精度的实时时钟电路、大容量的程序和数据存储器、传感器接口、通信接口、外接存储器接口、以太网接口、监测电路、指示灯等，硬件系统能够支持嵌入式实时操作系统的运行。

2.3 按键和显示部分

可通信智能继电器所应用的继电保护系统，对于各个保护的节点的监测都需通过上位控制PC机来实现，采样成本低、接口简单、功耗小的液晶显示模块。控制器的显示部分采用青云公司的LCM061A六位八段模块作为显示输出。使用者只要向LCM送入相应的命令和数据就可实现所需要的显示，模块与CPU连接简单，使用起来灵活方便。至于按键，本系统只需4个按键即可实现参数修改和设定，因此可分别与主控制器的I/O口直接相连即可。

2.4 信号部分

2、学会分析动作过程当发生故障时→流互二次电流增大→其值达到ka动作值，其常开接点闭合→接通时间继电器kt线圈→经延时， ...。驱动芯片nlu2003：的动作是由cpu控制继电器的吸合来实现的，但cpu的驱动能力一般都不强，需要借助驱动芯片来实现继电器的控制，比如沈阳先凯丽柯公司的先柯就使用了2片nlu2003型号驱动芯片，当cpu发出动作指令时由nlu2003芯片来驱动继电器的吸合和断开，2片nlu2003分别控制云台控制继电器和镜头控制继电器。解析继电器继电器是中的动作发生器，通常会匹配九只继电器，其中有五只较大的继电器，是控制云台的上下左右动作，其余四只较小继电器是控制三可变镜头光圈、变倍、聚焦。

2.5 数据采集和转换

ch402尺寸：48*96，纵深100，约250g 1.热电偶：k、j、r、s、b、e、n、t、w5re/w6re、pl‖、u、l 2.测温热电阻输入：pt100、jpt100 3.支流电压：dc0——dc5v，dc1——dc5v 4.支流电流：dc0——20ma，d——20ma （需250欧内上限设定值、下限设定值（可附带待机动作） 取样周期：0.5s 测量精度：热电偶：±（显示值的0.3%+1digit）或± 2度测温电阻：±（显示值的0.3%+1digit）或± 0.8度支流电压/电流输入： ±（显示值的0.3%+1digit） 控制输出：继电器接点输出：1c接点（ac250 3a）电阻负载电压脉冲输出：（dc0/12v）允许负载电阻600欧以上电流输出：（d——20ma）允许负载电阻600欧以上可以加热冷却双输出控制（输出1：加热侧。电压法利用仪表测量线路上某点的电压值来判断确定机床电气故障点的范围或元器件故障的方法叫电压法或电压测量法。利用仪表测量线路上某点的电压值来判断确定机床电气故障点的范围或元器件故障的方法叫电压法或电压测量法。

A/D转换采用外接MAXIM公司12位精度高速A/D转换芯片，是因为P87C591内部芯片所带的10位A/D为单极性转换，不能满变电流采样双极性的要求。利用MAX197，P87C591以及驱动与隔离电路构成一个完整的实时测控系统。

采用查询的方式通过P口读取/INT引脚的电平是否为低，如果不为低就继续查询等待，如果为低电平则可读取数据。A/D转换程序放在T0中断程序中进行，每隔1 ms进行一次模拟数据采集和转换，在转换的间隙MAX197处于低电流关断状态。

2.6 节点电源

智能节点系统中所需的+5 V直流电源，需将有效值为220 V、频率为50 Hz的交流电经降压、整流和滤波，再经过降压和稳压电路后作为节点的电源。

2.7 通信部分

集成在P87C591中的CAN控制器SJA1000和CAN高速PCA82C250以及高速光电耦合器6N137构成通信的主要部分，其中SJA1000是实现CAN总线通信的核心芯片，与82C250配套使用智能电流继电器说明书，组成完整的CAN通信接口。SJA1000工作模式采用BasicCAN模式，满足数据传输量不大的一般性工控场合，故被本系统采用。单片机对SJA1000进行控制及收发数据均通过对SJA1000的内部寄存器的读写访问来实现的，操作如同访问外部RAM。PCA82C250负责与CAN物理层的连接，接收和发送数据。为了增强CAN总线节点的抗干扰能力，P87C591的TXDC和RXDC(即SJA1000的TX和RX)通过高速光耦6N137后与PCA82C250相连，光耦部分电路所采用的两个电源必须完全隔离，这样才能达到隔离的作用。为了防止PCA82C 250受过流的冲击，CANH和CANL引脚各自通过一个5 Ω的电阻与CAN总线相连。另外，在CANH和CANL与地之间并联2个30pF的小电容，以滤除总线上的高频干扰和防电磁辐射口。

3 上位控制PC机节点软硬件设计

3.1 硬件接口

CAN-232采用ZLGCAN-232转换卡，PC只需经RS 232接口简单连接即可实现CAN数据通信，进行CAN信息帧的接收发送。CAN-232接口卡也可以直接应用到嵌入式系统中，可在不改变已有硬件结构的情况下使嵌人式产品具有CAN通信接口。RS 232总线接口部分是转换卡板和PC机之间交换数据的桥梁，PC机之间的数据交换是通过MAX232实现的，其将232电平转换成TTL电平。CAN通讯部分实现了CAN物理层和数据链路层协议，板卡中由带CAN控制器的处理器P87C591构成。

3.2 软件设计

可通信智能继电器节点的主要任务是能够独立完成线路电流的实时监控和保护功能，并且能够利用CAN总线接口与上位控制PC进行双向数字通信功能。其中数据采集和转换程序在T0中断服务程序中进行，通信收发在CAN中断子程序中进行。主程序采用循环查询的方法检测有无按键，然后定时处理一些如显示数据更新、通信待发数据准备和接收数据处理等。

当有键按下时,进入按键处理程序,程序流程图如图6.1所示。如图4.1所示： 图4.1 程序初始界面对话框在对话框中输入数字1后，进入程序运行界面，可以看到第一行的提示，按任意键继续。8.回到“文本服务和输入语言”窗口，选择“高级键设置”，可以设置各输入语言的切换快捷键，选中“在输入语言之间”条目，点击“更改按键顺序”，如图8所示：9.在“更改按键顺序”窗口中，设置相关内容，点击“确定”，如图9所示：。

采用VB对上位软件进行编程，调用CAN232智能CAN接口卡随机提供功能强大的CAN接口函数库文件(232CAN.h、232CAN.lib、232CAN.dl l)，从而很方便的实现了CAN协议CAN2.0A和CAN2.0B规范PeliCAN的数据通讯。

上位PC节点的监控制程序和下位节点的设计相类似，也使用了模块化的设计方法。可以很方便的在现有的程序基础之上进行改造，通过添加新的模块以达到功能扩展的需要。

上位PC节点的监控软件主要由主界面、历史数据和参数设定界面组成。其中主界面包含了上位节点设计中的主要和功能操作：串口和总线参数的设定、通信连接、数据发送、应答信息和工作状态以及监控数据显示等。历史数据界面通过在上位PC节点的Windows操作系统下用Acess软件建立一个，如表1所示的数据为下位节点在一定时间内运行采集的电流值。在VB中调用两个控件Data和DBGrid将和上位节点的监控界面连接起来。参数设定界面可对节点的设定电流值和时间值进行修改，然后点击设定输入按钮即可完成设定参数的发送。

4 结语

补充:继电器就是个电磁铁,它的作用就是实现了用低电流线路(喇叭开关线路)控制高电流线路(喇叭线路),两条线互不干扰.这样 开关线路就不会因为电流过高受损.继电器的种类多,30a表示它的额载电流是30a嘛。(2)打开点火开关后，用试灯检查继电器插座上接继电器线圈的插孔上有无电流，如没有电流，应检查点火开关到继电器插座的线路。四、过往常用的高压延时线路，其继电器大都工作于常开触点，即开机延时几十秒后，继电器通电吸合使线路进入工作状态，其缺点是继电器的线圈会有固定的电流通过，并产生磁场而干扰强放管的板极电流。

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