CN104991530A - 基于can总线的通信方法及配电终端 - Google Patents

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    • G05B19/02—Programme-control systems electric
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Abstract

一种基于CAN总线的通信方法，包括：通过CAN总线传输遥控指令；采集监测设备的遥信和/或遥测数据；当定时器检测到遥信状态和/或遥测数据变化时，通过CAN总线上传遥信和/或遥测数据，并回复确认报文。本发明还涉及一种采用该通信方法的配电终端。利用该通信方法和配电终端，主控单元和采集单元都能向对方发起信息传输，可以极大地提高采集数据和控制信息的实时性。

Description

基于CAN总线的通信方法及配电终端
技术领域
本发明涉及一种基于CAN总线的通信方法，特别是涉及基于CAN总线的平衡方式下的通信方法，以及采用该通信方法的配电终端。
背景技术
CAN(控制器局域网络，Controller Area Network)总线是一种串行通信协议，它能高效地完成对数据通信的成帧处理。CAN总线可以提供高达1Mbps的数据传输速率，因此CAN总线的实时性非常高。另外，硬件的错误检定特性也增强了CAN总线的抗电磁干扰能力。由于CAN总线自身的特点，与一般的通信总线相比，它的数据通信具有更为突出的可靠性、实时性和灵活性。
CAN总线的通信协议较计算机网络简单，而通信速率、距离和质量等指标并不逊色于ARC-NET和BITBUS等工业局域网，具有较高的性价比。这些特点使得CAN总线近年来在电力系统得到广泛应用，尤其是在配电自动化领域。
目前CAN总线被广泛用于配电自动化系统中配电终端设备的主控单元和采集单元之间的数据通信，即配电终端设备通过CAN总线实现对一次设备的各种数据的采集和开关的控制，但传统配电终端主要采用查询方式、即非平衡的通信方式进行采集数据和控制信息的传输。在该方式下，配电终端的主控单元只能采用查询方式来收集采集单元的各种数据和控制信息，查询方式下只能主控单元向采集单元发起请求，而采集单元不能主动发起请求，造成了采集单元传输到主控单元的数据有一定的延时。
在实时性要求较高的配电自动化系统中，非平衡通信方式下的数据采集会造成部分延时，而随着智能电网的快速发展，配电自动化系统对数据的实时性要求越来越高。
发明内容
为了提高配电终端的采集数据和发送控制信息的实时性，本发明提出了一种基于CAN总线的平衡方式下的通信方法，以及一种采用该通信方法的基于CAN总线的配电终端。
一种基于CAN总线的通信方法，包括：
通过CAN总线传输遥控指令；
采集监测设备的遥信和/或遥测数据；
当定时器检测到遥信状态和/或遥测数据变化时，通过CAN总线上传遥信和/或遥测数据，并回复确认报文。
一种配电终端，包括：
主控单元，用于接收遥控指令；
至少一个采集单元，用于采集监测设备的遥信和/或遥测数据；所述主控单元与所述至少一个采集单元之间通过CAN总线传输遥控指令；
其中，当检测到遥信状态和/或遥测数据变化时，所述至少一个采集单元通过CAN总线将所述遥信和/或遥测数据上传到所述主控单元，所述主控单元收到所述遥信和/或遥测数据后，回复确认报文。
本发明提出了一种基于CAN平衡方式下的通信方法，主要用于配电终端控制单元和采集单元之间的数据传输和控制，在该方式下，主控单元和采集单元都能向对方发起信息传输，可以极大地提高采集数据和控制信息的实时性。
附图说明
图1为本发明一种实施方式的配电终端内部的通信网络结构；
图2为图1所示的配电终端10内部的通信网络模型；
图3为本发明一种实施方式的主控单元与采集单元之间数据传输的通信报文结构；
图4为本发明一种实施方式的主控单元和采集单元之间传输的主要数据类型。
具体实施方式
图1所示的是本发明一种实施方式的配电终端内部的通信网络结构。该配电终端10包括主控单元102和多个采集单元104。其中，主控单元102用于将采集单元104所采集的遥信、遥测数据上报给主站20，以及将主站20的遥控指令发送到采集单元104。采集单元104用于实时采集监测设备的数据(遥信、遥测)，并执行主控单元102所下发的遥控指令。在主控单元102与采集单元104之间进行遥测、遥信数据及遥控指令的传输所采用的是CAN协议。
结合图2所示，其为图1所示的配电终端10内部的通信网络模型。其中，物理层、数据链路层由CAN控制器实现，通信层主要实现主控单元102与采集单元104之间数据的接收和发送，应用层负责将接收的数据进行报文解析。
图3所示的是本发明一种实施方式的主控单元与采集单元之间数据传输的通信报文结构。可以理解的是，该通信报文为图2中所示的应用层中的通信报文。其中：
报文起始标志由特殊字符组成，作为一帧报文的开始；
数据域长度统计了数据区的字节数；
源地址为发起方的地址编码；
目的地址为接收方的地址编码；在实际运用中，主控单元和每个采集单元都有唯一的地址编码，与源地址和目的地址编码相对应；
发起标志标识了由哪个单元发起的报文请求；
子包数主要是针对同一个类型的数据超过了最大帧长(本文中采用256字节)时将分成多帧传输，子包数将记录已传的帧数；
类型标识定义了数据域的数据功能，如遥测数据、遥信数据等；
数据域为实际传输的信息内容：遥测数据域由遥测编号和和遥测值组成，遥信由遥信编号和遥信开合状态组成，遥控由遥控编号和遥控开合状态组成。
如图4所示，其为本发明一种实施方式的主控单元和采集单元之间传输的主要数据类型。结合图1中所示的配电终端，图4中定义了各种数据类型的优先级。其中，遥控的优先级最高，这是为了使配电终端10可以快速地响应主站20所下发的遥控指令。当主站20下发遥控指令到主控单元102时，主控单元102将通过消息机制启动遥控请求报文，CAN总线通过各采集单元104的地址将遥控请求传输到所对应的采集单元104。
采集单元104收到遥控请求后，去控制遥控执行机构进行遥控操作并回复确认报文给主控单元102，与此同时采集单元104将实时检测遥控执行机构的返校结果，当检测到遥控执行的返校结果时，采集单元104将停止其他类型的报文传输，并以主动上传的方式将返校报文发送给主控单元102。
遥信变位的优先级略低于遥控返校，采集单元104实时检测各遥信状态的变位，当检测到有遥信状态变化时，将主动上传遥信数据到主控单元102。主控单元102收到遥信变位数据后回复确认报文。
对于事件序列记录(Sequence Of Event，SOE)和遥测变化数据，采集单元104将分别用不同的定时器进行检测，如SOE采用100毫秒定时器，遥测变化采用400毫秒定时器。采集单元104检测到有相应的数据时主动上报给主控单元102。
召唤数据和时钟同步命令数据类型是指：有主控单元102发起命令请求，主控单元102根据优先级设置不同的定时器时间向主控板发起请求。
重发和超时机制：当主控单元102和采集单元104发出报文时，将会启动超时计数器，并保存发送的最近一帧为备份帧，当收到对方回复报文时，将停止超时计数器，若在规定的时间内，在本实施方式中如为3秒，未收到对方的回复报文，则重发保存的备份帧。
心跳测试报文：当主控单元102和采集单元104无数据传输时，采集单元104将会启动心跳测试报文。
本发明提出了一种基于CAN平衡方式下的通信协议，主要用于配电终端主控单元和采集单元之间的数据通信，由于主控单元和采集单元都可以向对方发起报文请求，尤其是采集单元可以主动发起数据请求，提高了采集数据传输到主控单元的效率，从而提高了配电终端采集数据的实时性。
针对配电终端主控单元与采集单元之间的数据通信，本发明的基于CAN平衡方式下的通信协议，提高了配电终端采集数据的实时性，在该方式下主控单元和采集单元都可以主动发起请求，尤其采集单元可以主动将实时性要求较高的遥控返校、遥信变化数据发送给主控单元，解决了传统模式下主控单元只能以查询方式获取采集单元数据的过程，而采集单元只能被动的接收主控单元发送的请求，造成了采集数据的延时。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种基于CAN总线的通信方法，其特征在于，包括：
通过CAN总线传输遥控指令；
采集监测设备的遥信和/或遥测数据；
当定时器检测到遥信状态和/或遥测数据变化时，通过CAN总线上传遥信和/或遥测数据，并回复确认报文。
2.根据权利要求1所述的基于CAN总线的通信方法，其特征在于，通过CAN总线传输遥控指令包括：
接收遥控指令；
启动遥控请求报文；
通过CAN总线将遥控指令传输到对应地址。
3.根据权利要求1所述的基于CAN总线的通信方法，其特征在于，进一步包括：
接收遥控指令；
执行遥控操作；
回复确认报文；
检测遥控操作的返校结果，并在检测到遥控操作的返校结果时，停止其他类型的报文传输，以发起上传返校报文；
发送返校报文。
4.根据权利要求1所述的基于CAN总线的通信方法，其特征在于，当CAN总线上无数据传输时，启动心跳测试报文。
5.根据权利要求1所述的基于CAN总线的通信方法，其特征在于，在CAN总线上发出报文时，启动超时计数器，并保存发送的最近一帧为备份帧；
在预定的时间内，当收到回复报文时，停止超时计数器；未收到回复报文时，重发所述备份帧。
6.一种配电终端，其特征在于，包括：
主控单元，用于接收遥控指令；
至少一个采集单元，用于采集监测设备的遥信和/或遥测数据；所述主控单元与所述至少一个采集单元之间通过CAN总线传输遥控指令；
其中，当检测到遥信状态和/或遥测数据变化时，所述至少一个采集单元通过CAN总线将所述遥信和/或遥测数据上传到所述主控单元，所述主控单元收到所述遥信和/或遥测数据后，回复确认报文。
7.根据权利要求6所述的配电终端，其特征在于：所述主控单元启动遥控请求报文，并通过CAN总线将遥控指令传输到对应地址的所述采集单元。
8.根据权利要求6所述的配电终端，其特征在于：所述至少一个采集单元接收遥控指令后，执行遥控操作，并向所述主控单元回复确认报文；所述至少一个采集单元进一步检测遥控操作的返校结果；当所述至少一个采集单元检测到遥控操作的返校结果时，停止其他类型的报文传输，以向所述主控单元上传返校报文。
9.根据权利要求6所述的配电终端，其特征在于：当CAN总线上无数据传输时，所述至少一个采集单元启动心跳测试报文。
10.根据权利要求9所述的配电终端，其特征在于：进一步包括超时计数器，在CAN总线上发出报文时，启动超时计数器，并保存发送的最近一帧为备份帧；在预定的时间内，当收到回复报文时，停止超时计数器；未收到回复报文时，重发所述备份帧。
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