基于RS232/CAN总线的继电保护系统通信转换器

摘要

继电保护系统是变电站自动化系统的重要组成部分，继电保护器与监控后台、远方调度的通信使变电站自动化获得了成功，降低了变电站保护和控制设备的成本。目前国内在这一应用领域主要通信方式为RS422/RS485，继电保护器的测量、控制和通信任务由单CPU完成，制约系统性能的提高。开发现场总线和RS232串口之间的通信转换器，对继电保护器通信方式进行转换，满足目前变电站管理新的功能要求，符合当前市场需求和国情发展。CAN总线由于在性能、可靠性等方面的技术优势与独特设计，已成为世界应用最广泛的现场总线之一。本文通过对继电保护系统通信和CAN总线的深入研究，研制开发了RS232/CAN总线通信转换器产品。 本文首先论述了现场总线控制技术、现场总线在继电保护系统中的应用、CAN总线国内外的研究现状，概括总结了CAN总线的技术特点，包括通信参考模型、传输介质、报文格式、帧结构、错误类型和位定时等。其二，给出了通信转换器的硬件电路的设计和实现方法，通信转换器采用PIC18F248为主控制器，实现通信接口从RS232到CAN的转换。其三，给出了通信转换器的软件设计及实现方法，包括通信转换器的软件总体工作流程、点对点CAN应用层协议、CAN报文滤波屏蔽、CAN通信接口软件、RS232通信接口软件和通信报文冲突的处理。其四，给出了在福建南靖金山变电站投运的通信转换器功能测试方法，根据测试结果对功能进行总结。 RS232/CAN总线通信转换器产品已开发完成，并投入现场应用。设备运行情况表明：研制开发的通信转换器已经达到了设计要求，实现了继电保护器和监控后台在CAN总线上的通信，同时对实现其它设备接入CAN总线也具有借鉴意义。

目录

文摘

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第1章绪论

1.1课题背景

1.1.1现场总线控制技术概述

1.1.2现场总线在继电保护器通信中的应用

1.1.3 CAN总线国内外的研究现状

1.2课题研究目的和意义

1.3本文的主要研究工作

第2章CAN总线技术研究

2.1 CAN的通信参考模型

2.1.1数据链路层

2.1.2物理层

2.2 CAN总线传输介质

2.3 CAN的报文传送与帧结构

2.3.1 CAN的报文传送

2.3.2 CAN帧结构

2.4 CAN2.0B协议帧报文格式

2.5 CAN报文滤波和屏蔽

2.6 CAN错误类型和故障界定

2.6.1 CAN的错误类型

2.6.2 CAN的故障界定

2.7位定时与同步

2.7.1位定时

2.7.2同步

第3章通信转换器的硬件电路设计及实现

3.1通信转换器的控制处理器

3.1.1通信转换器对控制处理器基本要求

3.1.2控制处理器的性能分析比较

3.1.3 PIC18F248控制处理器的性能

3.2通信转换器的硬件结构

3.3通信转换器的硬件电路各组成单元

3.3.1控制处理器PIC18F248的应用电路

3.3.2 CAN接口电路

3.3.3 RS232接口电路

3.3.4外部看门狗复位电路

3.3.5开关电源模块定制

第4章通信转换器的软件设计及实现

4.1通信转换器的总体工作流程设计

4.2通信转换器的CAN通信接口软件设计

4.2.1 HiLon协议B帧格式

4.2.2点对点CAN应用层协议的设计

4.2.3点对点CAN应用层协议在PIC18F248中的实现

4.2.4 CAN通信接口报文收发程序流程

4.3应用于主从式通信CAN报文接收滤波屏蔽设计

4.3.1主节点通信转换器报文接收滤波屏蔽设计

4.3.2从节点通信转换器报文接收滤波屏蔽设计

4.4通信转换器的RS232通信接口软件设计

4.4.1监控后台与继电保护器之间的通用串行通信协议

4.4.2 RS232通信接口报文收发程序流程

4.5高速CAN通信和低速RS232通信冲突的处理

4.5.1通信冲突原因和处理方法

4.5.2通信异常中止返回程序设计

4.5.3从节点的数据双缓冲设计

第5章通信转换器功能测试

5.1福建南靖金山变电站自动化系统简介

5.2通信转换器的通信功能测试

5.3通信转换器的实际运行总结

结束语

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录

附录B攻读学位期间所参加的科研项目

附录C通信转换器的电路原理图

附录D通信转换器通信接口程序

附录E通信转换器产品视图