2024年4月29日发(作者：)
/
CANoen
协议继电保护装置的即插即用
IO
功能实现
p
姜艳娟
,
陶永健
,
宋彦锋
,
沈沉
()
许继集团有限公司
,
许昌
461000
///
工作量大及维护难度高
,
现利用
C
通过有限的几种即插即用
IIO
插件
,
AN
网总线技术设计智能即插即用
IO
插件
,
O
/
插件
,
结合参数配置
,
满足继电保护装置对
I
选择
O
的多种需求
。
基于灵活配置及高速可靠数据传输的目标要求
,
/
解决目前使用自定义
CCANoen
协议作为继电保护装置与即插即用
IO
插件间的通信协议
,
AN
网协议传输多种数据
p
时扩展性差及传输时间长等问题
。
;/
关键词
:
继电保护装置
;
即插即用
I
数据流
;
状态监测
CANoenO
;
p
//
摘要
:
针对目前继电保护装置需求中
I
若使用传统
I
需要设计多种继电保护装置背板及
O
插件多样性的问题
,
O
插件
,
中图分类号
:
TP336
文献标识码
:
A
/
ImlementationofRelarotectionDevicePlundPlaIOBasedonCANoenProtocol
py
P
g
a
yp
,,,
JiananuanTaoYonianSonanfenShenChen
g
Y
jgjg
Y
g
/,
rietfbackboardsandIO
p
lu-insofrelarotectiondevicesneedtobedesinedwhichareheavorkloadanddifficulttomaintain.
y
o
gypgy
w
:/,/,
Abstract
InviewofthediversitfIO
p
lu-insincurrentrelarotectiondevicereuirementsiftraditionalIO
p
lu-insareusedava-
y
o
gypqg
(,,)
61000
,
China
g
4
/,/
laO
p
py
I
ggyp
,
onthe
g
oalofflexibleconfiurationandhih-seedreliabledatatransmissionCANoen
p
rotocolischosenasthecommunication
p
rotocol
ggpp
/
Now
,
intellient
p
lu-and-laO
p
alimitednumberoflu-and-
ggpy
I
ggy
u
g
C
gygpg
/,
betweenrelarotectiondeviceand
p
lu-and-laO
p
lu-inwhichsolvesthe
p
roblemsof
p
oorscalabilitndlonransmissiontime
ypgpy
I
gy
a
g
t
:;;/
Keords
relarotectionCANoenlund
p
laO
;
datastream
;
conditionmonitorin
ypppg
a
y
I
g
y
w
whenusinelf-definedCANnetwork
p
rotocoltotransmitmultiledata.
g
s
p
引
言
性较差
,
需要使用到扩展仲裁段
,
传输数据量大
,
传输时间
长
。
基于灵活配置及高速可靠数据传输的目标要求
,
选择
/
CANoen
协议作为继电保护装置与即插即用
IO
插件间
p
的通信协议
。
目前我国智能电网已进入全面建设时期
,
继电保护产
/
品种类越来越多
,
随着智能变电站系
IO
要求各不相同
,
/
统市场份额的快速增长
,
为了适应
IO
插件多样性的要
/
求
,
设计使用即插即用
IO
插件成为继电保护装置研制的
/
迫切要求
。
即插即用
I
与其他插
O
插件本身具有
CPU
,
/
件通过协议进行数据交互
,
实现继电保护装置的
IO
功
/
能
;
即插即用
I
开入开出
O
插件具有即插即用的灵活性
,
通道也可以进行灵活配置
。
通过设计几种类型的即插即
/
用
I
使用不同的配置即可满足多种继电保护装置
O
插件
,
/
产品的
IO
需求
。
考虑到传输距离
、
功能实现方式
、
应用场景及所需可
1
软件设计总体构思
))。
管理节
署一个管理节点
(
和多个子节点
(
MasterSlave
点部署到与所有插件都要进行数据交互的管理单元插件
//
上
,
所有即插即用
I
应用
IO
插件
、
O
处理插件均为子节
/
点
;
为增强
I
将开入量
、
开出量分别
O
数据传输的实时性
,
部署到两条
CAN
网总线上
。
管理节点根据本网络节点的配置
,
通过
SDO
服务负
[
1-6
]
根据
C
每条
CANoen
协议规定
,
AN
总线需要部
p
靠性
、
实时性
、
灵活性的特点
,
选择成熟
、
稳定的
CAN
总
线技术来进行通信
。
目前继电保护装置中大多使用自定
义的
C
自定义协议虽然简单
,
但是扩展
AN
网通信协议
,
责所有的参数配置
、
运行状态切换
、
心跳自检等功能
。
即
/
插即用
IO
管理节点功能示意图如图
1
所示
。
管理节点需要根据网络节点分布
、
各个节点的信息对
敬请登录网站在线投稿
2019
年第
5
期
4 5
节点的
H
向被管理节点发送
NMTeartbeat
报文
;
管理报文
;
向被管理节点发送
S
接
DO
请求报文
;
/
IO
节点的
PDO
报文
。
收被管理节点的
S
接收即插即用
DO
应答报文
;
CAN
数据流示意图如图
2
所示
。
图
2 CAN
数据流示意图
下
,
Master
所在节点的数据输入输出任务还负责
/
图
1
即插即用
IO
管理节点功能示意图
注
:
在
Master
和保护
Slave
节点复用的情况
其网络上需要管理的所有节点进行统一的配置管理
。
Master
从指定配置文件中解析
CAN
网各个节点的配置
信息
,
主要包括
:
节点号
、
管理的开入
/
开出节
②Slave
节点配置信息
:
/
点
(
即插即用
I
的配置
。
开入节点配置
:
节点号
、
O
节点
)
向管理任务发送通
Resend
数据并将其放入缓冲区之后
,
p
知
,
管理任务接收到该信号量后获取缓冲区数据并处理
。
ter
模块数据输入输出任务到管理任务的信号量
的作用
,
是在模块数据输入输出任务接收到
SDO
。
图中
M
接收
P
交给共节点的
SDO
报文
,
laveas-
节点号
、
总线号
。
①
管理节点配置信息
:
2
数据输入输出设计
数据输入输出负责两个工作
:
数据的接收
、
过滤和处理
;
总线状态的检测
、
判定和处理
,
数据接收超时检测和处理
。
数据输入输出功能示意图如图
3
所示
。
组偏移
。
开出节点配置
:
节点号
、
组偏移
、
自检掩码
。
③CPU
保护插件的
Slave
节点个数
。
管理节点解析配置信息后对其管理的各个节点进行
Client
条目
;
②
根据管理单元
Slave
节点的开入开出配置
/
信息为管理单元
Slave
对应的即插即用
IO
的
Slave
节点
分配
Client
条目
;
③
根据管理单元
Slave
的开入开出配置
信息分配并配置对应的
RPDO
、
TPDO
等条目
;
④
根据管
理单元
Slave
的开入开出配置信息分配并配置对应的即
/
插即用
IO
的
Slave
节点的
RPDO
、
TPDO
等条目
。
Master
对其总线上管理节点的参数统一配置规划
,
将所有需要管理节点的配置信息都准备好
,
保存在相应的
配置条目中
,
为
Master
在对
Slave
的状态管理阶段的参数
配置和参数检验做好准备工作
。
配置参数最终会被配置到
Slave
相应的数据字典里
/
图
3
数据
IO
任务功能示意图
参数配置
。
配置参数如下
:
①
为管理单元
Slave
节点分配
(,
序号
、
子序号位置
)
管理节点在向
Slave
配置参数时会
按照数据字典的定义设置
(
通过
S
相应配置
DO
报文设置
)
参数
。
管理节点主要负责的数据报文包括接收被其管理的
面
,
所以
Slave
需要事先为配置参数分配好数据字典空间
2.1
数据接收和处理
数据
。
②
过滤掉和本节点
NODE
_
ID
相同的报文
。
③
根
),
据报文类型将收到的数据分类
:
突发事件
(
暂
emerenc
gy
的状态
,
接收到这类报文后
,
数据输
NODE
_
ID
对应节点
)
,
未用到
,
保留
;
心跳报文
(
获取相应节点
(
报文
Heartbeat
)
数据接收和处理流程如下
:
①
获取本节点接收的所有
4 6
Microcontrollers&EmbeddedSstems
2019
年第
5
期
y
www
.
mesnet
.
com
.
cn
被管理节点根据
SSlave
节点的当前状态
;
SDO
响应
,
DO
请求报文作出的响应
,
接收到这类报文
,
数据输入输出任
务会将数据存放到接收缓冲区
,
并给管理任务发送同步
信号
。
入输出任务会更新相应
S
并刷新该
lave
节点的心跳时间
,
)
⑤
当
Slave
处于预运行状态
(
0x7F
:
re-oerational
pp
时
,
管理节点会做以下处理
:
2.2
总线状态监测
OFF
[
7-9
]
验成功
,
管理节点会向对应的
Slave
节点发送节点启动指
,
。
如果获令
(
utanodeinoerationalmodeNMT
报文
)
pp
/
获取即插即用
Ia.O
节点固件信息
。
如果获取并检
b.
获取并校验
Slave
节点的配置参数
,
_
O
_
负责检测
C
检测到
BAN
总线的
BUSFF
状态
,
US
状态后
,
按照
5
如果
0ms
的间隔复位
CAN
节点
,
取成功但是校验失败
,
则向
Slave
设置配置参数
。
如果获
取失败
,
只做错误统计
,
不做其他处理
。
_
O
连续复位三次之后
B
那么复位间
USFF
状态依然存在
,
。
隔改为
5s
)
时
,
⑥
当
Slave
节点处于运行状态
(
0x05
:
oerational
p
管理节点以
60s
的间隔时间周期校验
Slave
节点配置
参数
。
2.3
超时检测
任何数据
,
就判定节点接收超时并复位节点
。
在总线状态正常的情况下
,
节点超过
10s
接收不到
3.2
参数配置和检测
解析之后
Master
获取
CAN
网各个节点的配置信息
,
将配置信息保存在以
S
每个
lave
为单位的管理结构体内
,
在
Slave
节点进入预运行状态之后
,
Master
会请求获
3
数据管理功能设计
管理
;
对
Slave
节点的参数配置和检测
。
管理任务功能示
意图如图
4
所示
。
管理任务主要有以下两个功能
:
对
Slave
节点的状态
Slave
节点对应一个相应的结构体
。
取
S
并与自己解析的配置信息进行
lave
节点的配置信息
,
比较
,
如果获取失败或者配置信息不匹配
,
那么就会设置
配置信息
,
即将自己解析的配置信息发送给
Slave
节点并
设置
。
设置成功之后
,
Master
会管理对应的
Slave
节点进
在
Slave
进入运行状态之后
,
Master
每间隔
60s
对
入运行状态
,
否则依然在预运行状态校验
、
设置配置信息
。
读取
S
与自
Slave
进行一次配置参数检查
(
lave
配置参数
,
,
己保存的配置参数比较
)
只要检测到有一个参数不正确
,
Master
就会管理
Slave
进入预运行状态
。
4
测试结果与分析
定义协议测试数据结果如表
1
所列
。
以
1Mbs
传输波特率为例使用
CANoen
协议与自
pp
图
4
管理任务功能示意图
3.1
状态管理
/
即用
I
状态管理任务根据节点的当前状态
O
节点的状态
,
信息来管理节点状态变化
。
①
管理任务默认被管理节点的状态为初始状态
()。
0x00
:
init
,
自定义协议比
C
因为自定
ANoen
协议时间长
17
μ
s
p
义协议需要使用到
CAN
网扩展仲裁段
,
17
μ
s
对嵌入式继
状态管理任务负责管理总线上
CPU
保护节点和即插
电保护装置的影响是很大的
,
直接影响保护的动作时间
,
所以使用
CANoen
协议后对继电保护装置的性能有了很
p
大的提高
。
表
1
数据传输时间
序号
1
2
名称
开入量
/
s
μ
开出量
/
s
μ
自定义
145
89
CANoen
p
128
72
管理节
②Slave
的心跳时间如果超过
10s
没有更新
,
。
点就会将相应的
Slave
状态定义为未知状态
(
0x0F
)
管理节点每
1③
在未知状态下
,
0s
对相应的
Slave
节
,
点发送通信复位指令
(
reset-communicationNMT
报文
,
,
通知
)
同时更新
Slave
心跳时间
。
结
语
)
态
(
时
,
管理节点只刷新
S
不
0x04lave
节点的当前状态
,
做其他处理
。
或者停止状
④
当
Slave
节点状态为初始状态
(
0x00
)
协议
,
自定义协议虽然简单
,
但是扩展性较差
,
如果需要多
种数据的传输
,
需要使用到扩展仲裁段
,
增加了传输数据
量
,
延长了数据传输时间
。
CANoen
协议不针对
p
目前继电保护装置中大多使用自定义的
CAN
网通信
50
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2019
年第
5
期
4 7
与显示屏幕大小一致
。
设置当前窗口的各项属性
,
使其
②
修改
Wiht
属性
,
g
件中添加相应文件资源和代码
,
使视频画面显示在左侧的
一个矩形框内
,
通过
CAN
总线接收到的消息显示在右
侧
。
用户界面如图
5
所示
。
根据设计任务在
W③
实现播放器界面
,
iht.c
gpp
文
图
6 CAN
模块驱动结构图
功耗低
、
成本低
,
在一些领域有着较高的应用价值
。
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基于
L
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杭州电
1inux
的工业控制终端的设计与开发
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D
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图
5
用户界面
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底层驱动
6
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S
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机与嵌入式系统应用
,
2013
,
1345356.
结
语
整个系统设计完成之后
,
在实际测试中发现
,
系统可
,
陈将奇
(
研究生
)
主要研究方向为机器学习及嵌入式控制
;
陈小平
(,
主要研究方向为嵌入式控制
、
博士
)
虚拟仪器仪表
、
数字信号
以实现流畅清晰的视频播放
。
当外界主板通过
CAN
总线
传递信息时
,
整个系统能够实时接收信息并进行解析
,
将有效信息刷新在图形界面上
。
系统长时间工作稳定
、
处理
。
()
责任编辑
:
薛士然
收稿日期
:
2018-12-10
具有较高的配置灵活性
、
高
47
某种特别的应用对象
,
数据传输能力
、
较低的实现复杂度
。
同时
CANoen
完全
p
基于
C
而无需扩展报文的支持
,
具有
AN
标准报文格式
,
[]
icalLaerforIndustrialA-
yyp
ftstandard102Version2.0
,
1994.
p
传输数据少
、
传输时间短等优点
。
此技术已经在继电保护
装置中得到应用
。
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姜艳娟
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宋彦锋
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沈沉
(
工程师
)
主要研究方向为智能变电站设备软
,
件平台
;
陶永健
(
高级工程师
)
主要研究方向为电力系统保护自动
化系统集成
。
()
责任编辑
:
薛士然
收稿日期
:
2019-01-02
5 0
Microcontrollers&EmbeddedSstems
2019
年第
5
期
y
www
.
mesnet
.
com
.
cn
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