CAN总线在电机实时监测系统中的应用研究

　　中图分类号　TP274.2

　　1　引言

　　发电机组和电动机组是电能生产和应用的基本装备,因此,及时掌握大型电机的运行状态,对电枢电压、电枢电流、励磁电流、温度、转数等参数进行监测就显得尤为重要^[1]。

    参数高效高可靠性的获取与传输是关键第一步。现有的网络传输平台中,串行通信,如RS-485总线,硬件连接方式比较简单,传输距离长,但其通信协议的制 定比较繁琐[2]。并行口数据通信,硬件电路设计相对比较复杂[3]。无线传感器网络无缝覆盖,范围广,但应用在电机监测系统中,容易受到外界复杂环境电 磁场的干扰,且数据传输速度较低,可靠性受限^[3]。LonWorks现场总线技术成熟,但节点载荷量低,LonTalk通信协议容错能力不高,可靠性受限^[4]。

　　本文重点研究了控制器局部网CAN(Control-ler Area Network)总线在电厂电机组在线实时监测系统中的应用,完成基于CAN的传感网络节点接口与通信协议的设计,并设计多节点通信的动态优先级协议,提高复杂环境中数据采集与传输的可靠性。

　　2　电机组实时监测系统工作原理

　　电机组实时监测系统是由监测设备和计算机硬件、软件构成的计算机系统,它利用在线监测和故障诊断技术采集、录入设备的状态信息,通过连续的数据分析判断设备状态的发展趋势,通过相关性分析和专家知识预测设备出现故障的趋势(预知故障)、故障原因或追忆故障过程。

　　本监测系统主要由主控区、数据采集区两部分组成。主控区在控制室,由硬件和软件组成:硬件由工控机,采集卡,报警器等组成;软件由工控组态软件,数据库系统等组成。

　　数据采集区在工业现场,通常工业现场环境比较复杂,高温,高电磁辐射等环境因素要求我们把变送箱尽量安装在靠近被监测对象的附近,这样可以减少由于环境因素造成的信号失真。

　　监测系统主要监测电枢电压、电枢电流、励磁电流、温度、转数等。这几个参数反映了电机的实际运行状态,掌握了这几个参数就掌握了电机。以单轴磁通阀传感器子模块为例,介绍节点模块构成原理图,如图1。

　　以单片机MSP430F169为核心(MCU),完成单路信号的滤波、放大、16位A/D采样,以及数字化的信号处理、数据优化打包和节点SPI通信等。补偿电路是依据环境变化通过参数校正以及静力补偿等方法,提高数据采集的精度。

　　CAN控制器是CAN总线的核心,通过可编程芯片上的逻辑电路来实现几乎所有数据链路层和物理层的功能。其中包含CAN总线收发器,是一个物理层的器件,它是CAN总线控制器和物理总线之间的接口,器件提供对总线的差动发送能力和对CAN总线控制器的差动接收能力。