目前，國(guó)內(nèi)外已有多家公司開發(fā)出針對(duì)個(gè)體潛水電機(jī)的智能電了保護(hù)裝置，雖然可以達(dá)到保護(hù)電機(jī)的目的，但無法實(shí)現(xiàn)集中管理。因此，對(duì)潛水電機(jī)群的實(shí)時(shí)監(jiān)控與統(tǒng)一管理的要求日益迫切。本文設(shè)計(jì)了基于CAN現(xiàn)場(chǎng)總線的潛水電機(jī)群分布式智能監(jiān)控系統(tǒng)，可以對(duì)散布的潛水電機(jī)保護(hù)裝置進(jìn)行組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)潛水電機(jī)的智能化控制和網(wǎng)絡(luò)化管理。

潛水電機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

基于CAN現(xiàn)場(chǎng)總線的潛水電機(jī)分布式智能監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控計(jì)算機(jī)(內(nèi)置PC-CAN適配卡)、智能節(jié)點(diǎn)、CAN總線網(wǎng)絡(luò)組成，其系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。分布在現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控節(jié)點(diǎn)可以獨(dú)立對(duì)電機(jī)進(jìn)行智能控制和故障保護(hù)；監(jiān)控計(jì)算機(jī)可以通過CAN總線網(wǎng)絡(luò)和各個(gè)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，從而實(shí)現(xiàn)潛水電機(jī)群的分布式控制和集中臨管。

智能節(jié)點(diǎn)是整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的核心部分，它對(duì)潛水電機(jī)進(jìn)行智能控制，并對(duì)電機(jī)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)的過載、過熱、滲水、漏水、短路、缺相等故障進(jìn)行保護(hù)。PC-CAN適配卡用來完成CAN總線和監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換，可以選用PCI總線適配卡、ISA總線適配卡或RS-232串行通信適配器。各個(gè)智能節(jié)點(diǎn)之間通過屏蔽雙絞線瓦聯(lián)構(gòu)成CAN總線網(wǎng)絡(luò)，總線兩端連接120Ω的阻抗匹配電阻，可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力。

監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

由監(jiān)控系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)和功能可知，該系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要足CAN智能節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)。智能節(jié)點(diǎn)硬件電路設(shè)計(jì)采用了模塊化結(jié)構(gòu)，由MCU、CAN通信模塊、信號(hào)采集模塊、電機(jī)控制模塊、狀態(tài)顯示模塊、參數(shù)設(shè)置模塊及串行通信接口組成，智能節(jié)點(diǎn)的整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。根據(jù)具體情況可以只選用其中的部分模塊，增加了監(jiān)控裝置的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性。例如：可以去掉顯示模塊和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置模塊，利用監(jiān)控計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示和參數(shù)設(shè)置的功能。在單機(jī)運(yùn)行時(shí)，可以不使用CAN通信模塊。

為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)的可靠性和性價(jià)比，智能節(jié)點(diǎn)的主要元器件都是選用同一家公司的產(chǎn)品，包括：微控制器(P89V51RD)、CAN控制器(SJA1000)、CAN收發(fā)器(PCA82C250)。P89V51RD內(nèi)帶64kB的Flash存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器支持ISP功能，ISP的優(yōu)點(diǎn)是支持在系統(tǒng)編程，即不需要移出為控制器，只需要通過串行接口(RXT和RXD)，結(jié)合上位機(jī)軟件就可以實(shí)現(xiàn)PC對(duì)MCU的重復(fù)編程，而且硬件電路連接簡(jiǎn)單，這樣就方便了程序調(diào)試，縮短了設(shè)計(jì)開發(fā)周期，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。現(xiàn)場(chǎng)智能節(jié)點(diǎn)各個(gè)組成模塊的功能如下：

1．CAN通信模塊：CAN總線通信接口電路主要由CAN控制器SJA1000、6N137高速光隔、CAN收發(fā)器PCA82C250組成。SJA1000完全兼容CAN2.0協(xié)議，用來完成物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的功能，可實(shí)現(xiàn)對(duì)通信數(shù)據(jù)的成幀處理，具有多主結(jié)構(gòu)、總線訪問優(yōu)先權(quán)、硬件濾波等特點(diǎn)；PCA82C250提供了對(duì)CAN總線差動(dòng)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的功能，有效地提高了總線的抗干擾能力，實(shí)現(xiàn)了保護(hù)總線、降低射頻干擾等功能。為了進(jìn)一步提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，在SJA1000和PCA82C250之間增加了光電隔離器件，并且采用了雙電源，有效地抑制由總線引入的干擾。