CAN总线电能质量监测系统通信的研究

摘要

非线性负载的广泛使用导致电能质量日益下降，同时精密电气和电子设备也对电能质量提出了越来越高的要求，因而电能质量问题目前受到广泛关注。电能质量问题已不仅仅关系到用电设备的安全、可靠、经济运行，还关系到供用电市场的规范化。只有对电能质量进行有效地监测与分析，才能为电能质量的改善、供用电双方的协调和供用电市场的规范提供可靠依据。因此，研究与开发一种新型的集测量、分析、控制和通信于一体的电能质量监测系统，对于保证电力系统的安全、经济和可靠运行具有重要意义。通信技术是研究与开发电能质量监测系统的核心技术之一，通信的性能也直接影响着整个电能质量监测系统的性能。本文研究设计了一种基于CAN总线的分布式电能质量监测系统，制定了通信协议，完成了电能质量监测系统的功能，并对系统通信的实时性进行了分析。
　　首先，分析了电能质量监测系统的功能和通信网络，通过比较，选择具有低成本、高效率与高可靠性等优点的CAN总线作为其通信网络；选择PLX公司的PCI接口芯片PCI9052设计了PCICAN通信板卡，并利用WinDriver编写了板卡的驱动程序。从而实现了工控机与电能质量分析仪之间的数据通信。
　　制定了CAN总线的应用层协议，主要包括数据帧格式、标识符具体含义、数据传送策略和数据编码等；依照所制定的应用层协议，编写了数据采集程序，并采用RSview32软件编制了人机界面程序；通过所设计的EXCELDDE服务器完成了数据采集模块与人机界面模块的连接，实现了电能质量参数的实时显示、趋势分析、录波和事件记录等功能。
　　根据报文传送延时模型，分析了CAN总线的传输净延时和MAC访问机制。提出了一种CANMAC延时的数学模型及一种基于动态时分复用的访问策略，已应用于本系统。最后对CAN总线电能质量监测系统实时性进行了分析，分析结果表明系统满足实时性的要求。
　　系统已投入运行。运行表明系统通信稳定、可靠，效果良好。

目录

CAN 总线电能质量监测系统通信的研究

RESEARCH ON COMMUNICATION OF POWER QUALITY MONITORING SYSTEM BASED ON CAN BUS

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1 课题来源及研究目的和意义

1.1.1 电能质量及其评价指标

1.1.2 研究电能质量监测系统通信的目的和意义

1.2 电能质量监测系统通信的研究现状及发展趋势

1.2.1 电能质量监测的研究现状

1.2.2 现场总线在电能质量监测系统中的应用

1.2.3 电能质量监测系统的发展趋势

1.3 本文的主要研究内容

第2章 电能质量监测系统PCI CAN通信板卡设计

2.1 电能质量监测系统方案设计

2.1.1 电能质量监测系统的功能

2.1.2 电能质量监测系统的组成

2.2 PCI CAN板卡硬件设计

2.2.1 PCI总线接口方案

2.2.2 复用模式PCI 9052 CAN板卡硬件电路

2.2.3 PCI9052寄存器的配置

2.3 PCI CAN板卡驱动程序设计

2.3.1 PCI CAN板卡驱动开发工具的选择

2.3.2 WinDriver开发工具

2.3.3 WinDriver驱动程序设计

2.4 本章小结

第3章 电能质量监测系统CAN通信协议制定及软件设计

3.1 协议制定思想

3.2 CAN应用层通信协议制定

3.2.1 仲裁场

3.2.2 控制场

3.2.3 数据场

3.3 数据编码

3.3.1 非科学计数法数据编码转换

3.3.2 科学计数法数据编码转换

3.4 精度等级

3.5 通信软件设计

3.5.1 编程思想

3.5.2 下位机通信软件设计

3.5.3 上位机通信软件设计

3.6 人机界面设计

3.6.1 引言

3.6.2 人机界面设计

3.7 本章小结

第4章 CAN总线通信实时性分析

4.1 实时性概述

4.2 传送延时模型

4.2.1 报文发送净延时

4.2.2 MAC延时分析

4.3 CAN总线实时性的改进

4.3.1 动态时分复用原理分析

4.3.2 系统时钟的同步

4.3.3 通信系统的调度

4.4 CAN总线电能质量监测系统实时性分析

4.4.1 CAN总线中断最小时间

4.4.2 PCI CAN板卡中断处理速度

4.4.3 上位机软件处理速度

4.4.4 系统延时时间估算

4.5 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

致谢