基于CAN总线技术的开关电源监控系统的设计 _知识百科

基于CAN总线技术的开关电源监控系统的设计张健，李华（装甲兵工程学院自动控制系，北京件和软件设计进行了讨论，给出了现场节点与上位机软件的设计流程图。
随着我国电力电子技术的飞速发展，工业用电设备对电力系统以及电源的要求越来越严格，其所要求的维护管理质量和水平也越来越高。而计算机技术在电源领域中的广泛应用，进一步对电源设备提出了集中监控、少人或无人值守的要求。为了改变传统的人工监护体制，提高用电设备的管理水平，笔者针对广泛应用的开关式电源，研制开发了一套分布式监控系统。近几年来，计算机公司、设备生产厂家、研究所等部门研制出不同特色的电源监控系统，其中主要是数据采集网络控制部分各不相同，这些监控系统的针对性较强，专门应用于开关电源的监控系统不多，对一些中小型的用电设备或试验设备来说成本高，可移植性比较差。本室研制的便携式电源，输入电压为220V或380V交流电，输出为24V00A，具有容量大、体积小、效率高等特点，而且可以任意并联，具有自动均流等功能。根据用电设备的使用和维修要求，可以将多个开关电源并联，构成电源系统，并采用该监控系统实现对电源系统的远程监控。该系统可以实时的监控电源设备的运行情况，甚至可以根据需要同时监控用电设备的工作状态，可以通过现场或计算机远程设定电源的工作参数，具有故障定位、告警监视等特点，并可以动态地扩展现场节点，具有维护方便、扩展性强等优点。
1系统结构现场节点进行数据采集与控制，采用总线型网络结构，CAN总线2.0A协议，通信介质为双绞线。现场节点对模拟量进行采样，并将数据与预设值进行比较，根据控制规律调整开关电源的参数，使开关电源达到工作要求。并将数据传给上位机。在这里，现场节点的监控功能可以用2种芯片来实现，一种是带CAN口的单片机，另一种是TI公司的DSP. TMS320F243.以单片机为核心的功能板CC1用于电源系统及控制算法比较简单，网络数据吞吐量不大，控制精度及实时性要求不是很高的场合；以TMS320F243为核心的功能板CC2主要用于网络数据吞吐量很大，电源内部的控制算法比较复杂，对现场设备，实时性、控制精度要求高的用电系统。在具体应用中使用哪种功能板，根据现场设备的要求而定。而且这2种功能板可以相互通信，因而在网络组成方面十分灵活，既可以单独使用2种功能板的一种，也可以混合使用，可以满足由不同开关电源组成的供电系统的需要，从而节省了开支，充分体现了该系统的灵活性。 2种功能板上都有扩展采样接口可以同时监测用电设备的状态，使远程监控人员能够更好地了解到设备的工作情况。
从供电系统的构成，提高监控实时性方面来考虑，建议用户使用以下几种网络组成结构。
1.1组网方式对于较少的开关电源组成的供电系统，可以采用菊花链的形式组网，如。
当开关电源的精度要求较高时，可以将CC1代换成CC2.由于CAN适配卡支持CAN2.0A协议，DSP支持CAN2.0B协议，在使用DSP与CAN适配卡通信时须将DSP的报文格式设置成标准格式，此时DSP的标识符只有5 ~12位有效。
对于较多的开关电源组成的供电系统，网络中数据传送量很大，要求严格控制精度时，益采用多级网络结构，维护起来也十分方便。根据实际情况，也可以混合使用CC1和CC2.目前，该监控系统根据需要可以监控16个现场节点。
1.2CAN的设计在本系统设计中，稳定性是第一位的，为了提高网络通信的效率与稳定性，首先要保证网络带宽大于网络的出帧率，避免节点的数据丢失问题。在本系统中，现场节点的数目较少，通过设置标识符对系统所要监控的电源编号，并在软件中加入适当的延迟时间即可大大提高系统的接收、发送帧的效率。本系统CAN的设计方法如下：确定系统中开关电源与上位机的最大距离，以此作为确定系统位时间中传播段的依据，如果有必要，考虑到将来系统扩展，也可以将扩展后的最大距离作为传播段的依据。这样做的缺点就是导致目前网络的位速率较慢。