基于CAN总线的交流电动机软起动通信系统研究

随着我国国民经济的迅猛发展，交流电动机在工业领域的应用日益广泛，成为推动生产力的关键动力源。然而，交流电动机在启动过程中，电流峰值可高达额定电流的5至7倍，对电网及机械结构产生较大冲击。为解决这一难题，软起动器应运而生，它通过控制启动电流和转矩，降低了对电网和机械的冲击。安徽皖南电机

目前，软起动器的**普遍采用独立**单元，难以实现对整个系统的全面**。因此，构建一个数据通信网络，将各个软起动**节点连接起来，形成完整的**体系，显得尤为迫切。

相较于RS-485等通信标准，CAN总线因其高可靠性、强抗干扰性、高速传输等优势，在众多领域得到广泛应用。CAN总线是由德国Bosch公司在上世纪80年代初推出的多主局域网，其全分散、全数字化的智能双向通信体系，具有极高的可靠性和稳定性。本文介绍了一种基于CAN总线的交流电机软起动通信系统。

该系统以工控机作为**主机，通过CAN总线接口接入网络，各节点由单片机控制的具有CAN总线数据收发功能的软起动器组成。皖南电机系统结构如图1所示。

图1 通信系统结构框图

系统各部分提供不同的功能。工控机负责控制软起动器的工作状态，如软启动、软停车等，并显示软启动的各项参数，如启动电压、启动电流等。软起动器根据工控机的命令控制电机软启动，并采集电机启动电流、电压等参数，通过CAN总线发送给工控机。

在本通信系统中，数据传输长度不固定。皖南电机价格表工控机向软起动器下达的控制命令仅几个字节，而软起动器向工控机上传的实时数据一般有几十个字节。因此，CAN通信协议需要具备大数据量传输能力和快速高效的特点。由于CAN通信采用短帧结构，每帧有效数据长度*多为8个字节，在传输数据量较大时，需将数据拆分为多个帧进行传输。本文采用报文标识符中的仲裁场包含通信控制信息，数据场包含实际数据的方法，以提高通信效率。

本系统中，CAN通信采用CAN2.0B标准中带29位报文标识符的扩展帧。报文标识符包含紧急标记、目的地址、源地址、帧类型、帧号等信息。其中，紧急标记用于标记当前帧的优先级，一般信息标记为1，紧急信息标记为0，以确保紧急信息优先传输。

每个CAN通信节点都有一个唯一的地址号，地址号使用7位二进制数表示。安徽皖南电机其中，优先级*高的地址分配给工控机，优先级*低的地址作为广播方式的目的地址，其它地址依次分配给各软起动器。

CAN节点采用双滤波方式获取本节点所需信息，两个滤波器均采用7位有效数据，分别对应节点地址和广播方式下的地址。这样，只有发往该节点的帧和广播帧能够进入应用层进行处理，提高了系统运行效率。

工控机对软起动器的控制命令由对应的控制命令代码表示。主要控制命令包括软启动开始/停止、软停车开始/停止、起动方式设置、起动时间设置等。有些控制命令带有相关参数，如起动时间命令中的时间长度。控制命令代码和命令参数存放在数据场中。

软起动器的CAN通信由P89V51RD2单片机、CAN控制器SJA1000、CAN总线收发器PCA82C250和光耦6N137组成，电路原理如图2所示。

图2 软起动器CAN通信电路原理图

SJA1000是一款独立的CAN控制器，具有BasicCAN和PeliCAN两种工作方式，PeliCAN工作方式支持具有很多新特性的CAN2.0B协议。PCA82C250为总线收发器，主要功能是增大通信距离，提高系统的瞬间抗干扰能力，保护总线，实现热保护等。为了增强CAN总线节点的抗干扰能力，SJA1000通过高速光耦6N137与PCA82C250相连，实现了总线上各CAN节点间的电气隔离。光耦两侧电源完全电气隔离，隔离电源由小功率电源隔离模块B0505提供。

软起动器CAN通信程序主要包括三个部分：CAN节点的初始化、报文的发送和报文的接收。其中，CAN节点初始化部分是关键，正确的初始化保证了报文发送和接收的正常工作。CAN初始化程序流程如图3所示。皖南电机

图3 CAN初始化程序流程图

报文发送时，只需将待发送的数据按照通信协议规定组合成一帧报文，送入发送缓冲区，然后启动发送即可。其程序流程图如图4所示。皖南电机价格表

图4 CAN报文发送程序流程图

报文的接收过程中，首先要对总线脱离、错误报警等情况进行判断处理，然后读取缓冲区内数据，*后释放缓冲区和相关寄存器，完成接收并转入对数据的处理程序。其程序流程图如图5所示。

图5 CAN报文接收程序流程图

6结束语

本文设计的交流电机软起动通信系统，利用CAN总线技术，实现了电机软启动远程控制和监测功能。该系统已成功应用于某水泵站电机软起动系统中，实践证明，该系统抗干扰能力强，实时性能好，运行稳定，达到了设计要求。