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基于CAN總線技術的開關電源監控系統的設計

知識百科

基于CAN總線技術的開關電源監控系統的設計張健，李華（裝甲兵工程學院自動控制系，北京件和軟件設計進行了討論，給出了現場節點與上位機軟件的設計流程圖 。
隨著我國電力電子技術的飛速發展，工業用電設備對電力系統以及電源的要求越來越嚴格，其所要求的維護管理質量和水平也越來越高 。 而計算機技術在電源領域中的廣泛應用，進一步對電源設備提出了集中監控、少人或無人值守的要求 。 為了改變傳統的人工監護體制，提高用電設備的管理水平，筆者針對廣泛應用的開關式電源，研制開發了一套分布式監控系統 。 近幾年來，計算機公司、設備生產廠家、研究所等部門研制出不同特色的電源監控系統，其中主要是數據采集網絡控制部分各不相同，這些監控系統的針對性較強，專門應用于開關電源的監控系統不多，對一些中小型的用電設備或試驗設備來說成本高，可移植性比較差 。 本室研制的便攜式電源，輸入電壓為220V或380V交流電，輸出為24V00A，具有容量大、體積小、效率高等特點，而且可以任意并聯，具有自動均流等功能 。 根據用電設備的使用和維修要求，可以將多個開關電源并聯，構成電源系統，并采用該監控系統實現對電源系統的遠程監控 。 該系統可以實時的監控電源設備的運行情況，甚至可以根據需要同時監控用電設備的工作狀態，可以通過現場或計算機遠程設定電源的工作參數，具有故障定位、告警監視等特點，并可以動態地擴展現場節點，具有維護方便、擴展性強等優點 。
1系統結構現場節點進行數據采集與控制，采用總線型網絡結構，CAN總線2.0A協議，通信介質為雙絞線 。 現場節點對模擬量進行采樣，并將數據與預設值進行比較，根據控制規律調整開關電源的參數，使開關電源達到工作要求 。 并將數據傳給上位機 。 在這里，現場節點的監控功能可以用2種芯片來實現，一種是帶CAN口的單片機，另一種是TI公司的DSP. TMS320F243.以單片機為核心的功能板CC1用于電源系統及控制算法比較簡單，網絡數據吞吐量不大，控制精度及實時性要求不是很高的場合；以TMS320F243為核心的功能板CC2主要用于網絡數據吞吐量很大，電源內部的控制算法比較復雜，對現場設備，實時性、控制精度要求高的用電系統 。 在具體應用中使用哪種功能板，根據現場設備的要求而定 。 而且這2種功能板可以相互通信，因而在網絡組成方面十分靈活，既可以單獨使用2種功能板的一種，也可以混合使用，可以滿足由不同開關電源組成的供電系統的需要，從而節省了開支，充分體現了該系統的靈活性 。 2種功能板上都有擴展采樣接口可以同時監測用電設備的狀態，使遠程監控人員能夠更好地了解到設備的工作情況 。
從供電系統的構成，提高監控實時性方面來考慮，建議用戶使用以下幾種網絡組成結構 。
1.1組網方式對于較少的開關電源組成的供電系統，可以采用菊花鏈的形式組網，如 。
當開關電源的精度要求較高時，可以將CC1代換成CC2.由于CAN適配卡支持CAN2.0A協議，DSP支持CAN2.0B協議，在使用DSP與CAN適配卡通信時須將DSP的報文格式設置成標準格式，此時DSP的標識符只有5 ~12位有效 。
對于較多的開關電源組成的供電系統，網絡中數據傳送量很大，要求嚴格控制精度時，益采用多級網絡結構，維護起來也十分方便 。 根據實際情況，也可以混合使用CC1和CC2.目前，該監控系統根據需要可以監控16個現場節點 。
1.2CAN的設計在本系統設計中，穩定性是第一位的，為了提高網絡通信的效率與穩定性，首先要保證網絡帶寬大于網絡的出幀率，避免節點的數據丟失問題 。 在本系統中，現場節點的數目較少，通過設置標識符對系統所要監控的電源編號，并在軟件中加入適當的延遲時間即可大大提高系統的接收、發送幀的效率 。 本系統CAN的設計方法如下：確定系統中開關電源與上位機的最大距離，以此作為確定系統位時間中傳播段的依據，如果有必要，考慮到將來系統擴展，也可以將擴展后的最大距離作為傳播段的依據 。 這樣做的缺點就是導致目前網絡的位速率較慢 。