方忠民 周少武 喻勝宇 供稿
利用極為普遍的公用電話網(wǎng)實現(xiàn)MODEM遠(yuǎn)程抄表是目前電力遠(yuǎn)程監(jiān)測管理的主要方式之一。常見的MODEM抄表系統(tǒng)是管理中心通過電話網(wǎng)以發(fā)散的形式與分散于各臺變區(qū)域的集中器連接，形成1對N的星型通信網(wǎng)絡(luò)。由于利用電話線進(jìn)行通信通常需要較長時間進(jìn)行握手應(yīng)答和線路續(xù)接，數(shù)據(jù)點較多時通信效率很低;另外，當(dāng)集中器數(shù)目較多時，租用的電話線也較多，尤其在居民密集的城區(qū)，集中器的密度很大，管理中心的電話租借費用將相當(dāng)高。因此，上述缺點限制了傳統(tǒng)的基于電話網(wǎng)的電力遠(yuǎn)程監(jiān)測管理系統(tǒng)的推廣使用。
為此，筆者開發(fā)了一種基于CAN總線的電力遠(yuǎn)程監(jiān)測管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)打破了傳統(tǒng)的一個集中器一部電話的組建模式，而將位置相對集中的多個集中器用CAN總線組成局域網(wǎng)，一個局域網(wǎng)只需一部電話與管理中心通信。這種組建方式一方面大大減少了集中器電話租借數(shù)目，大大降低了通信成本;另一方面，利用CAN總線特有的廣播通信方式，可有效提高系統(tǒng)的實時通信能力。
1 電力遠(yuǎn)程監(jiān)測管理系統(tǒng)構(gòu)成
基于CAN總線的電力遠(yuǎn)程監(jiān)測管理系統(tǒng)是一個三級分布式檢測系統(tǒng)，主要由管理中心、集中器、采集單元、通信信道、采集終端等5部分組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1中，系統(tǒng)信道包括電話線、CAN總線和RS-485總線。采用電話線撥號方式，三級通信包括管理中心與主集中器之間的MODEM通信、主集中器與從集中器之間的CAN總線通信、集中器與采集單元（或采集模塊、采集終端）之間的RS-485總線通信，通過MODEM的調(diào)制和解調(diào)功能，能夠及時、方便地進(jìn)行系統(tǒng)的遠(yuǎn)程信息傳輸，與主集中器實現(xiàn)信息交換：每臺主集中器通過CAN總線，可以管理10 km內(nèi)安放在各配電變壓器附近的從集中器（CAN節(jié)點），從集中器為1～110個;從集中器通過RS-485總線，采用的SN65LBC184芯片規(guī)定的從機個數(shù)為1～64個，因此系統(tǒng)采集終端的個數(shù)也為1～64個，（即1～1024戶居民用戶電表），管理變壓器采集單元和低壓居民用戶采集終端;每個采集終端可以實現(xiàn)1～16戶居民用戶的電量采集與采集信息傳輸。
圖1 基于CAN總線的電力遠(yuǎn)程監(jiān)測管理系統(tǒng)
2 CAN總線通信系統(tǒng)設(shè)計
CAN總線是電力遠(yuǎn)程監(jiān)測管理系統(tǒng)主、從集中器之間的通信鏈路，CAN總線通信的穩(wěn)定可靠是電力遠(yuǎn)程監(jiān)測管理系統(tǒng)運行成敗的關(guān)鍵。
2.1 CAN總線簡介
CAN（Controller Area Network，控制器局域網(wǎng)）是一種先進(jìn)的串行通信協(xié)議，屬于現(xiàn)場總線范圍。CAN總線具有較強的糾錯能力，支持差分收發(fā)，因而適合高噪聲環(huán)境，并具有較遠(yuǎn)的傳輸距離，特別適合中小型分布式測控系統(tǒng)。由于CAN具有實時性好、可靠性高、抗干擾能力強、傳輸距離遠(yuǎn)、通信速度快、采用短信息幀結(jié)構(gòu)和多主通信方式以及可使用多種通信介質(zhì)等許多優(yōu)點，在航空、航海、汽車、建筑物環(huán)境控制、機床、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域以及各種工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。
2.2 CAN總線分布式測控網(wǎng)絡(luò)的組建方法
多個CAN節(jié)點通過傳輸介質(zhì)按一定的形式互連，就可以組成CAN通信網(wǎng)絡(luò)。與RS-485總線類似，CAN總線只支持總線型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，不支持環(huán)形或星型網(wǎng)絡(luò)。CAN總線通信只用到兩根導(dǎo)線CAN_H、CAN_L，對通信介質(zhì)的要求較低，雙絞線、同軸電纜或光纖均可，通常采用廉價的雙絞線即可。由集中器節(jié)點組成的CAN總線分布式測控網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖2 CAN總線分布式測控網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖
圖2中，總線的兩個末端均接有抑制信號反射的終端電阻RT，一般取RT=100～120Ω。在實際組網(wǎng)時，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場情況決定圖中的3個參數(shù)：節(jié)點分支長度D應(yīng)小于0.3米;相鄰節(jié)點的距離S和不加中繼的可靠通信距離L取決于總線的通信速率，速率越高，其允許值越小。按照CAN國際標(biāo)準(zhǔn)ISO11898的建議，在總線位速率為1Mbps時，S和L的值應(yīng)小于40m，但當(dāng)總線位速率小于5Kbps時，L的允許值可達(dá)10Km。
3 主、從集中器之間的通信方式
在本電力遠(yuǎn)程監(jiān)測管理系統(tǒng)中，主、從集中器之間是一種典型的分布式通信系統(tǒng)，以主從方式進(jìn)行通信，即系統(tǒng)中必須且僅需一個主集中器，其余均為從集中器。所有通信皆由主集中器發(fā)起，從集中器之間不能、也無必要通信。
3.1 主、從集中器地址分配
CAN協(xié)議的報文標(biāo)識符可以使不同的數(shù)據(jù)發(fā)往不同的節(jié)點，也可以使不同的節(jié)點同時收到相同的數(shù)據(jù)。若定義某CAN節(jié)點只接收以某個特定的標(biāo)識符開始的數(shù)據(jù)，則可以近似地把該標(biāo)識符作為此節(jié)點的“地址”。