基于can 总线的网络化微机保护硬件平台的设计

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1、基于CAN总线的网络化微机保护硬件平台的设计王洪涛，何方（南方电网超高压输电公司广州局，广东广州）摘要：提出了一种内部基于CAN总线的网络化微机保护硬件平台的设计方案。在微机保护装置内部，将传统的保护模块、人机模块、通信模块、开入模块、开出模块等均设计为智能模块，具有独立的CPU，各功能模块之间通过内部CAN网进行通讯。模块的网络化设计大大缩短了硬件开发周期，使基于此平台设计的微机保护装置具有一定的通用性。同时，硬件平台的网络化提高了软件的可移植性，使其更易于实现模块化，同时使微机保护装置内部的数据共享更加方便。由于各模块没有直接的电气联系，网络化的硬件平台使系统的可靠

2、性和抗干扰能力大大提高。文中提出的方法为实现微机保护装置的平台化提供了一个很好的解决方案，在其基础上开发的高压微机线路保护装置证明了该平台设计方案的可行性和优越性。关键词：微机保护；网络化；硬件平台；CAN总线0引言继电保护装置作为保障电力系统安全稳定运行最重要手段之一，其重要性是不言而喻的。硬件平台系统作为保护原理的载体，是实现各种保护功能的基础，其性能的优劣直接决定了保护装置的整体性能。随着电压等级的提高、保护原理和算法的不断改进以及继电保护装置分散、就地布置的趋势，电力系统的发展和继电保护技术的进步对继电保护的硬件提出了更高的要求，研究高可靠性的硬件平台成为当务之

3、急。微机保护装置硬件的平台化研究一直是微机保护工作者研究的一个热点[1-5]。但现有的大多数微机保护硬件平台各插件之间仍存在很强的电气联系，抗干扰能力有限；保护CPU同时要兼顾开入开出及通道的自检，负荷率较高；不同结构的硬件平台导致软件可移植性较差。文中提出了一种内部基于CAN总线的网络化硬件平台的设计方案，将各功能模块设计成具有通用性的智能模块，各模块之间通过内部的CAN网络进行通信，从而很好的解决了硬件平台化和通用化的问题[6]。与传统的微机保护装置相比，该平台的主要优点如下：（1）通用化的硬件平台从根本上减轻了硬件设计的工作量、缩短了产品的开发周期、节省了开发费用

4、，并且大大减轻硬件与底层驱动软件调试的工作量[1]；（2）平台化和模块智能化的设计同样减轻了各模块软件开发的难度，从根本上减轻了CPU的工作量和软件开发的难度，并且为实现软件的模块化和平台化提供了很好的硬件平台；（3）由于装置内部各功能模块之间通过CAN总线进行通讯，彼此没有直接的电气联系，从而大大提高了系统的可靠性和抗干扰能力；（4）平台化的硬件减少了生产厂家产品和备用品的种类，从而提高了生产厂家的经济效益，同时，用户对产品的掌握和操作也更加容易，大大减轻了产品维护和升级的难度。微机保护装置内部采用网络化设计，由于增加了CPU的数量，成本有所提高，但考虑到一方面，随着

5、计算机技术的飞速发展，各种高性能的单片机、DSP等处理器的性价比越来越高，从而使硬件的成本越来越低；另一方面，采用网络化之后保护在可靠性、通用性和可扩展性方面较目前的保护装置有巨大优势。因此，文中提出的微机保护装置内部网络化设计思路可以为全面提高微机保护的性能提供了一个很好的解决方案。1总体设计目前应用最为广泛的微机保护装置一般采用插板式结构，功能插件包括保护插件、人机插件、电源插件、开入插件、开出插件、通讯管理插件和模拟变换插件等，各插件采用后插式插到背板上，各插件通过背板上的总线进行电气连接[2]。由于一般只有保护插件、人机插件、通信插件上有CPU，因此每个CPU要

6、处理的信息量很大，软件也较复杂，而且在硬件方面，连接各插件的背板一般要走很多线，各插件相互之间一般都有很强的电气联系，由于总线极易受干扰，从而使微机保护装置的可靠性大打折扣。现场总线技术的飞速发展和逐渐成熟，尤其是其在工控领域的成功应用，表明网络是模块化分布式系统中相互联系和通信的理想方式[6]。现场总线的种类很多，文中采用CAN总线进行内部组网。与其他现场总线相比，CAN总线以下几个明显的优点：（1）抗干扰能力强，可以应用于电磁干扰比较大的场合。CAN总线被广泛应用于汽车环境中的微控制通信，形成汽车电子控制网络。可靠的错误处理和检错机制、独特的非破坏总线仲裁、硬件自动

7、重发、采用短帧结构、CRC校验等独特的功能使CAN总线成为目前抗干扰能力最强的现场总线之一[7,8]；（2）总线利用率高，数据传输距离远(速度降到5Kbps以下时传输距离可达10km)，数据传输速率高（通讯距离小于40m时传输速度可达1Mbps）；（3）成本低，连接简单，应用方便。CAN的通讯模型只有物理层、数据链路层和应用层。应用层数据直接取自数据链路层或直接向链路层写数据，应用层协议可以由用户自己制定，大大减少了用户代码开发的工作量和难度。整个硬件系统由保护测量模块，人机模块，开入模块，开出模块，开出模块，通讯管理模块，模拟变换模块和