摘要：给出SCADA系统中CAN总线节点机的硬件、软件设计。
关键词：SCADA系统；RTU；CAN总线节点机；DSP
引言
SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)数据采集与监视控制系统是以微型计算机为核心，综合利用计算机技术、通信技术、控制技术等技术以完成遥控、遥测、遥信、遥调的一种控制系统，在电气化铁道上也称为远动系统。
一个SCADA系统可分为三大部分：调度端，通道，多个远方终端单元(RTU)。其中RTU接受调度端的命令去控制现场的各个被控对象和对现场被控对象进行数据监测并将数据送往调度端。
目前现场总线控制技术得到广泛的重视，而CAN总线技术以其高速、可靠、价廉以及简单应用在现场控制系统中更是得到广泛应用。我们在开发电气化铁道SCADA系统时，在RTU子系统中采用基于CAN总线的分布式控制系统。图1是基于CAN总线RTU子系统的体系结构图。工控机作为RTU子系统的主控机，由插在ISA槽中的CAN卡和下位CAN节点机进行通信，下位CAN节点机可以分布在现场。
硬件设计
图2是RTU的交流采样(遥测)cAN总线节点机框图。CAN节点机以TI公司的TMS320F240 DSP为处理器，ADC芯片采用14位的MAXl25，CAN协议控制器采用SJAl000，双CAN口。
信号调理电路
在电力系统交流采样中，上万伏的电压和几百安的电流先经一级电力互感器变换成100V的交流电压和5A的交流电流。这样交流采样节点机的输入量是100V的交流电压和5A的交流电流，不能直接进行A／D转换，因而在测量时还要引入一级互感器，利用互感器将电网的二次高压和大电流变换成0到5V或一5V到+5V的电压送入A／D转换器，具体电路见图3。
图中画出了电流和电压互感器电路，电压互感器的原边100V(有效值)电压转换成2mA电流输入，副边输出2mA电流经精密运放OP07转换成-3．5V至+3．5V的电压量(幅值范围为一5V至+5V)。电流互感器的原边输入5A的电流，副边输出2mA的电流经运放转换成－3．5V至+3．5V的电压量。
Rll，R12、R13，R21、R22的值可以通过以上给出的电流、电压值计算出来，R11=1 00V／2mA，R12+R13=R21+R22=3．5V／2mA
A／D转换电路
AID转换器采用MAXl25 ADC芯片，它和TMS320F240的接口电路如下图4。MAXl25的数据、控制寄存器配置成DSP的I／O端口，图中MAXl25的端口号为0X04。DSP通过outport(port，Value)和inport(port,&variable)I／O指令访问MAX 1 25。DSP通过SPISTE启动MAXl25进行转换，MAXl25转换完成向DSP申请中断，DSP在中断程序中读取转换结果。
DSP和CAN协议控制器的接口电路
CAN协议控制器选用SJAl000。TMS320F240的地址总线和数据总线是独立的，而SJAl000的地址数据总线是分时复用的，两者不能直接接口。我们利用DSP的I／O引脚产生读写信号，也即用软件模拟读写时序。因为TMS320F24X系列DSP有较充分的I／O口，所以这种方法实现比较容易。具体的接口电路见图5。
CAN总线的收发电路
图6是收发电路图。cAN协议控制器用的是SJAl000，光耦用高速度的6N137，收发器用82C250。CAN协议实现了物理层和数据链路层的功能，编程时只需在应用层将数据组织成报文发送到SJAl000并启动发送，SJAl000会自动将报文发往CAN总线；当SJAl000从CAN总线接收到报文时，用户也只须在应用层采用中断或查询方式从SJAl000读取报文。
软件设计
程序可以划分为5大模块：
·初始化模块：完成DSP和CAN协议控制器的初始化、全局变量的初始化。
·采样中断程序：涉及到两个中断，一是定时触发采样中断；二是MAXl25转换结束中断，在这个中断服务程序中读取转换结果，采样数据存放到采样数据缓冲区Acq Buffer[]。
·数据处理程序：该模块从采样数据缓冲区Acq_Buffer[]取数据进行处理，完成电流、电压、功率、功率因素、基波含量及谐波的计算。将结果存放到计算结果缓冲区Result_Buffer[]。
·CAN接收中断程序：接收上位机的命令，并置相应的标志，供主程序查询执行。
·CAN总线通信程序：交流采样CAN节点机和上位机通过cAN总线和工控机中的CAN卡进行通信，通信模块程序从计算结果缓冲区Result_Buffer[]取出数据传送到上位机。
整个程序采用DSP的c语言编写，CAN,总线通信协议采用DeviceNet协议。
结语
本文以遥测节点为例阐述了SCADA系统中CAN总线智能节点机的硬件、软件设计技术。该节点机的处理器采用工业控制用TMS320F240 DSP。采用CAN总线和上位机通信，通信协议采用DeviceNet协议。笔者所设计的CAN节点机已投入电气化铁道远动系统的实际使用。