基于CAN总线可通信智能电流继电器的设计

摘要：通过对一种基于微处理器和CAN总线可通信智能电流继电器的设计，实现了传统的限时速切继电保护功能需要电磁式电流继电器、时间继电器和信号继电器组合在一起才能实现的功能。在此设计的可通信智能电流继电器，不仅能够完成限时速切功能，还可实现现场电器与上位机实现双向通信功能，可对继电器的动作参数(电流值、时间值)进行显示、设定和修改，通过总线系统实达到遥调、遥控的目的，进一步使得继电器的性能得到提高，满足电力系统的要求。
关键词：节点；可通信电器；智能继电器；CAN总线

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。
本文研究的电力系统限时速切继电器的保护功能，是采用微处理技术和现场总线技术等设计的可通信的智能化继电器。在以可通信的智能化电器系统应用中，现场总线是连接智能化现场设备和自动化系统的数字式、双向传输和多分支结构的通信网络。这里研究的限时速切继电器，以CAN总线(Controller Area Network)作为一种支持分布式控制的底层串行通信网络，实现现场电器与上位机之间的信息传递，具有通信实时性好、可靠性高、连接使用方便灵活等特点，非常符合国内低压电器的发展趋势。

1 基于CAN总线的可通信智能继电器总体设计
在采用总线连接微机和微处理器系统构成的现场总线控制系统中，由微处理器系统构成的下位节点都能够独立完成一定功能，还可进行直接的参数设定和显示等，每个下位节点都可通过总线将数据传送给上位PC监控节点或其它相关的节点，使相互关联的继电保护装置之间具有了数据交换的功能，可以协调工作。
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。

为了增强通信的可靠性，CAN总线网络的2个端点通常要加入终端匹配电阻，阻值的大小由传输电缆的特性阻抗所决定。系统设计采用双绞线连接，特性阻抗为120 Ω，则总线上的2个端点集成120 Ω的终端电阻即可。

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
鉴于P87C591强大的80C51性能和A／D转换及cAN相关特性，对于我们开发基于CAN总线通信的智能继电器是非常适合的。因此，系统的主控制器选用功能强大的P87C591单片机，作为主控制器的首选芯片。不但可以满足数据处理的要求，还可不必外接CAN控制器直接实现CAN通信功能，大量节省了硬件资源。