P87C591在电力调度系统中的应用设计.pdf

第 2 7卷第 5期 2 O O 6 年 5月 煤矿机械 C o a l Mi n e Ma c h i n e VO 1 ． 2 7 No ． 5 Ma y ． 20 06 文章编号- 1 0 0 3 - 0 7 9 4 2 0 0 6 0 5 0 7 5 7 ． 0 3 P 8 7 C 5 9 1 在电力调度系统中的应用设计* 李海峡 。李济顺’ ．聂继红 ’ 1 、 河南科技大学，河南 洛阳4 7 1 0 0 3 ；2 ． 上蔡电业局调度所，河南 上蔡 4 6 3 0 0 0 摘 要 简述 了 C A N现场总线和 P 8 7 C 5 9 1 单片机 的特点以及它们的优越性， 并详 细介绍了基 于 P 8 7 C 5 9 1单片机 的电力调度 系统中智能测控点硬件 电路设计及要注意的细节问题 ， 最后给 出了 C A N控制器的初始化程序的流程 图。 关键词C A N总线；智能测控点 ；电力调度 中图号 T M 7 3 文献标识码 A Us e o f P 8 7 C 5 9 1 i n El e c t r i c P o we r Di s p a t c h i n g S y s t e m LI Ha i x i a ‘ ．L I J i ～s h u n ‘ ．NI E J i h o n 1 ． He n a n Un i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ．L u o y a n g 4 7 1 0 0 3 ．C h i n a 2 ．S h a n g c a i D i s p a t c h i n g D e p a r l m e n t o f E l e c t r i c P o w e r S t a t i o n I S h a n g c a i 4 6 3 0 0 0 I C h i n a Ab s t r a c t Brie fl y d e s c rib e s CAN f i e l d b u s a n d t h e f e a t u r e s o f P8 7 C5 9 1． a mi c r o p r o c e s s o r wi t h o n c h i p CAN c o n t r o l l e r ． a n d t h e i r s u p e ri o rit i e s． I h e p r o b l e ms t o wh i c h s h o u l d b e p a i d a t t e n t i o n i n d e s i g n i n g h a r d wi r e d c o n ． n e c t i o n o f i n t e l l i g e n t n o d e s a r e d i s c u s s e d i n d e t a i l s．F i n a l l y t h e i n i t i a l i z a t i o n fl o w c h a r t o f CAN c o n t r o l l e r i S e mp h a s i z e d． Ke y wo r d s CAN b u s ；i n t e l l i g e n t n o d e；e l e c t ric p o we r d i s p a t c h i n g 0 引言 电力是现代化厂矿企业的动力。 在保证供 电可 靠性和安全性的前提下满足企业生产的需要 ， 并做 到电网的合理性、 经济性运行 ， 最大限度提高企业的 经济效益。为了对电力进行合理分配， 调峰补谷 ， 使 电力系统达到合理配置、 高效应用 ， 则必须建立一个 实时性强的电力调度监控系统 。随着现场总线技术 的发展 ， C A N现场总线被广泛应用于电力调度 系统 中。传统的基于 C A N总线的电力调度系统， C A N总 线上的智能节点都采用单 片机外加 C A N控制器 的 设计方法， 这样不利 于产 品的集成和成本的降低。 本文设计 的电力调度 系统采用 P h i l i p s公 司新推 出 的集成有 C A N控制器 S J A1 0 0 0的单片机 P 8 7 C 5 9 1 应 用于智能节点 的设计 。P 8 7 C 5 9 1所连接的 C A N节 点电路所需要的外部元件仅仅是一个晶振加 2个电 容驱动片内振荡 器、 一个 连接到复位脚的电阻 、 电 容； 使用一个 收发器就可以将 P 8 7 C 5 9 1连接到 C A N 总线上 。 从而大大简化 了硬件电路设计 。 1 C A N总线 C A N C o n t r o l l e r A r e a N e t w o r k ， 控制器局域 网 总 线是现场总线的一种 ， 它是一种先进的、 有效支持分 布式控制或实 时控 制的串行通信 网络。C A N总线 是一个多主站总线 ， 各节点都有权 向其它的节点发 *国 家 高 技 术 研 究 发 展 计 划 8 6 3计 划 资 助 项 目 2 0 0 4 K A 4 1 1 0 4 0 送信息 ， 它可通过简单 的协议 ，实现在 电磁 干扰环 境下远距离实时数据的可靠传输 ， 且硬件成本较低。 其主要特点和优点如下 C A N网络上任一节点均可 以在任意时刻发送 信息 ， 无 主从 之分 ； C A N总线 采 用非破坏性的总线仲裁 ， 当多节点 同时 向总线发送 报文时， 优先级低 的节点 主动停止数据发送 仲裁丢 失 。 而优先级高的节点可以不受影响地继续发送数 据 ， 优先级最高 的节点 ， 其 数据 等待时 间小 于 1 3 4 t t s ； C A N采用短帧传送 ， 每帧信息都有差错校验 ， 可 靠性高， 直接通信距离最远可达 1 0 k m， 而最高传输 速率可达 1 Mb p s 。基于以上特点 ， C A N总线特别适 用于系统分布比较分散、 实时性要求高、 现场环境干 扰大的场合。 2系统的构成 在本 电力调度系统中， 每个分站点均由上位机 和智能测控点组成。上位机系统 由 P C机及接至 P C 机内部 I S A插槽 的 C A N总线通信接 口适 配卡组成。 上位机负责系统的电力调度 ， 它通过 C A N适配卡向 远程智能测控点发送控制命令 ， 接受来 自总线上的 数据 ， 并对数据 信息加以分 析、 存储及管理。通过 因特网上位机把处理过 的数据转发给总调度 中心 ， 并接收总调度命令。下位机是 由 C A N控制器 的微 控制器 P 8 7 C 5 9 1 和 C A N接 口芯片 8 2 C 2 5 0等组成的 C A N智能测控点。所有 的智能测控 点都 以平 等主 体挂接在 C A N总线上。智能测控点能够采集对应 回路的遥信量及遥 测量， 每个测 控点可 以接收到来 自总线的数据， 也可以向总线发送数据。系统结构 维普资讯 7 5 8P 8 7 C 5 9 1 在电力调度系统 中的应用设计李海峡， 等 第 2 7卷第 5 期 图如 图 1 所示 。 二 l L 位机 P c 机 j c A N 适 配 器 l l l CA N 总线 l l f I l l I l P C A 8 2 C 2 5 O I }P C A 8 2 C 2 5 0 1 ] 【 】 【 l 6N I3 7 I ⋯l 6 N I3 7 l 儿 】 【 l P 8 7C 59 1 J f P 8 7 C 5 9 1 l 图 1 系 统 结构 图 Fi g． 1 St r uc t u r e o f s ys t e m 3 智能测控点硬件电路设计 3 ． 1 P 8 7 C 5 9 1简介 P 8 7 C 5 9 1 是 P h i l i p s 公司推出的带有在片 C A N控 制器的新型微控制器。它采用了强大的 8 0 C 5 1 指令 集并成功地包括了 P h i l i p s 半导体 S J A 1 0 0 0 C A N控制 器的 P e l i C A N功能。P 8 7 C 5 9 1完全履行 C A N 2 ． 0 B规 范并提供 一个 直接从 S J A 1 0 0 0独立 C A N控 制器的 软件移植路径， 具有 C A N的扩充特性 ， 其 中包括增 强型验收滤波器 ， 支持系统维护、 诊 断， 系统优化 以 及接收 F I F O特性。该嵌入式 C A N控制器包括 了下 列功能模块 1 C A N内核模 块根据 C A N 2 ． 0规范控制 C A N 帧的接收和发送 ； 2 C A N接 口包括 了 5个实现 C P U与 C A N控 制器连续的特殊功能存储器 ； 3 C A N控制器的发送缓冲区能够保存一个完 整的 C A N信息格式， 只要通过 C P U启 动发送， 信息 字节就从发送缓冲区传输到 C A N内核模块 ； 4 当接收一个 信息时， C A N内核模块将串行 位流转换成并行数据输入到验收滤波器 。 通过该 可 编程滤波器， P 8 7 C 5 9 1 确定实际接收到的信息 ； 5 所有由验收滤波器验收的接收数据都保 存 在接收 F I F O中。根据操作模式和数据长度的不同， 最多可存放 2 1 个 C A N信息， 这是用户在指定系 统 中的中断服务和中断优先级时有更多的灵 活性 ， 因 此数据溢 出的可能性大大降低了。 3 ． 2智能 测控 点硬件 电路 设计 下位机的功能是将采集来的电力参数传送给上 位机， 并等待上位机传来的控制信号。 整个下位机 的硬件分为两部分 ， 即模拟信号的取样 、 处理部分和 数字信号的处理、 控制 、 通信部分。本文只讨论数字 电路部分的设计。 智能测控节点数 字电路部 分它包括集成在片 C A N的微控制器 P 8 7 C 5 9 1 、 C A N总线 收发器 8 2 C 2 5 0 和高速光电耦合器 6 N 1 3 7 。微控制器 P 8 7 C 5 9 1 负责 C A N初始化 ， 通过 T X D C 、 R X D C实 现数据 的接 收和 发送等通讯任务。8 2 2 5 0用来 实现数据的差 动发 送和接收， 高速光 电耦合器 6 N 1 3 7是为了增强 C A N 总线节点的抗干扰能力而引入的。硬件设计中应注 意的细节问题有以下几点 1 8 2 C 2 5 0为 C A N总线收发器 。 是 C A N控制器 与 C A N总线 的接 口器件 ， 实现对 C A N总线差分 式 发送 。8 2 C 2 5 0芯片引脚 8与地 之间连接一个 电阻 ，R s 称为斜率电阻 ， 它 的取值决定 了系统处 于高 速工作方式还是斜率控制方式。把该引脚直接与地 连接 ， 系统将处于高速工作 方式 ， 在这种工作 方式 下 ， 使用屏蔽电缆作 总线 ； 在波特率较低、 总线较短 时， 采用斜率控制方式 ， 可以使用屏蔽线或双绞线 。 在本电力调度系统 中采用成本较低的双绞线作 系统 总线。 2 8 2 C 2 5 0与 C A N总线的接 口部分采取一定的 安全和抗干扰措施 。8 2 C 2 5 0的 C A N H和 C A N L引脚 各 自通过一个 5 Q的电阻与 C A N总线相连。电阻 保护 8 2 C 2 5 0免受过流的冲击。C A N H和 C A N L与地 之间并联 2个 3 0 p F的电容 ， 电容起 到滤 除总线上 的高频干扰和防电磁辐射作用。 3 为 了增 强 C A N总线 节点 的抗 干扰 能 力， P 8 7 C 5 9 1 通过高速 光电耦合 器 6 N 1 3 7与 8 2 C 2 5 0相 连。这样能很好地 实现总线上各个 C A N节点间 的 电气 隔离。光耦部 分 电路 采用 的 2个 电源 和 必须完全隔离 ， 否则采用光耦就失去了意义。电 源的隔离采用小功率电源隔离模块。 4 C A N总线的两端应 当接 2个 1 2 0 Q的电阻 ， 对于匹配总线阻抗起着重要作用 。忽略它们 ， 会使 数据通信的抗干扰性及可 靠性大大降低 ， 甚至无法 通信。 ． 4智能测控点软件设计 在软件设计 中， 遵循模块化设计思想 ， 采用结构 化程序设计方案 ， 使之具有良好的模块性、 可修改性 和可移植性。测控点软件设计主要包括初始化 函数 、 接收处理函数、 发送处理函数、 中断处理 函数及错误 处理函数。C A N控制器的初始化流程如图 2 所示。 在程序设计中 ， C A N控制器 的初始化是系统设 计工作 中重要的部分 ， 它是 C A N总线系统正常工作 的前提 ， 这关系到系统能不能正 常工作 。初始化程 序设计既是重点又是难点。C A N通信初 始化包 括 操作模式的设置、 验收滤波器的设置、 总线定时的设 置及中断的设置等几项。验收滤波器的设置决定了 C A N智能节点所接收的信息格式 ； 定时器用来设 置 C A N总线上数据传输的波特率。需要 注意 的是 。 总 线上各个智能节点的波特率必须设置一致 ，否则 就 维普资讯 第 2 7卷第 5期 2 O O 6年 5月 煤矿机械 C o a l Mi n e Ma c h i n e V0 1 ． 2 7 No ． 5 Ma y．20 06 霄 试验 研究 翩 文章编号 1 0 0 3 0 7 9 4 2 0 0 6 0 5 0 7 5 9 0 3 M G 一 9 2 0 型采煤机喷雾嘴内流场数值模拟与分析 朱延松。潘地林 安徽理工大学 ，安徽 淮南 2 3 2 0 0 1 摘要 利 用 P r o ／ E n g i n e e r 软件 对 M G一9 2 0型 采煤 机 喷 雾嘴 流 场进 行 三 维 建模 。选 用 k一￡ 湍 流模 型 ， 采用 C F D C o m p u t a t i o n a l F l u i d D y n a m i c s 软件 F L U E N T及 其预 处理软 件 G A M B I T模拟 M G一 9 2 0型采煤机喷雾嘴 内的三维流场 ， 依据分析结果对喷雾嘴进行几何参数优化。 关键词 C F D；流场分析 ；喷雾嘴；优化设计 ；有限元分析 中图号 T I M2 1 ． 6 文献标识码A Ap p l i c a t i o n o f CF D Te c h n o l o g y i n De s i g n o f S p r a y No z z l e o f MG一9 2 0 T y p e o f E x c a v a t i n g Co a l M a c h i n e ZHU Ya hs o n g-PAN DI l l I I A n h u i U n i v e r s i t y o f s c i e n e e a n d T e c h n o l o g y - H u a i n a n 2 3 2 0 0 1 。 C h i n a Ab s t r a c t Co mp u t e r a i d e d de s i g n o f fl u i d fi e l d o f s p r a y n o z z l e o f MG 9 2 0 t y p e e x c a v a t i n g c o a l ma c h i n e b y s o f t wa r e Pr o ／ e n g i n e e r ，a n d t h e n 3D mo d e l o f s p r a y n o z z l e wa s e s t a b l i s h e d b y p a n s a s s e mb l e d．Af t e r a n a l y z - i n g d i f f e r e n t t u r b u l e n t fl u i d mo d e l s 。t h e k一￡mode l i s s e l e c t e d． T h e 3 D t u r b u l e n t fl u i d i s s i mu l a t e d b ase d o n ke mode l a n d C F D s o f t w a r e ，F L U E N T a n d G AMB I T，i n w h i c h g e o me t r i c p a r a m e t e r s o f t h e s p r a y n o z z l e a r e o p t i mi z e d b a s e d o n t he s i mu l a t i o n r e s u l t ． Ke y wo r d s CF D；a n a l y s i s o n t h e fl u i d fie l d；s p r a y n o z z ] e；o p t i mi z e d d e s i gn ；fin i t e e l e me n t a n a l y s i s 0 引言 引射式喷雾嘴用于采煤机外喷雾上。由于工作 面上的粉尘之多要求喷雾嘴要有很强的喷雾能力 ， 从而达到降低粉尘的作用。如何对喷雾嘴结构进行 优化以提高掺气量使喷雾能力达到最佳 ， 自然成 了 一 个研究课题。计算流体力学 简称 C F D 是 以高等 流体力学和数学分析方法为基础 ， 以计算机为工具 ， 面对流动对象的控制方程；利用数值模拟方法得到 会导致数据传输错误。 } JJ 撕化戏 胁 进 入CA N控制 措丝化性， ℃ T X DC 脚 P I 1 是 地 l l J C A N t I 断 一一 Y N C A N F ／． 定n -f 验收滤波 器 jl 王 l { l c A N 拄 制器复f 棋代 } 』J 好化 新配 I 图 2 C A N控 制器 初始 化流 程图 Fi g． 2 I ni tia l i z a ti on flo w c ha r t o f CAN c o n t r o H e r 5结语 在该电力调度系统中 ， C A N总线充分体现了它 在速度 、 抗干扰能力、 高性能上 的巨大优势 ； 而对在 片 C A N微控制器的使用更 体现 了本系统的 巨大潜 力。本文不仅给出了 P 8 7 C 5 9 1 在系统中的外围数字 电路 的接法 ， 而且给 出了 C A N控制 器初始化 流程 图 。 这为以后系统 的开发提供了一个很好的基础。 参考文献 [ 1 ] 夏德海． 现场总线技术讲座E J ] ． 自动化与仪表。 2 0 0 5 3 6 1 6 2 ． [ 2 3 邬宽明 ． 现场总线技术应 用选 编[ M] ． 北京 北京 航空航天 大学出 版社 ， 2 0 0 3 ． [ 3 3 徐政． 现场总线及其在 R T U中的应用[ J ] ． 吉林电力． 2 0 0 5 3 7 9． 作者简介 李海峡 1 9 8 0一 ， 女 。 河南 驻马 店人 。 河 南科技 大学 机 电工程学院在读硕 士研究生 ， 主要研究方 向智 能仪器和 网络技术 E ma i l l i h x 1 9 8 0 1 2 6． c o rn． 收稿 日期 2 0 0 5 - 1 2 - 0 7 维普资讯