CAN总线的电气保护

2011-11-04陈晓东

石油管材与仪器 2011年1期

关键词：川庆陈晓东收发器

陈晓东

(川庆钻探工程公司测井公司重庆)

CAN总线的电气保护

陈晓东

(川庆钻探工程公司测井公司重庆)

文章介绍了石油钻井仪表中CAN总线通讯电路电气保护的运用,对设计方案、硬件原理作了详尽论述,并根据现场的实际运行情况,作了针对性改进完善的介绍。

钻井仪表;电气保护;CAN

0 引言

石油钻井作业中工况条件十分恶劣,各种电磁干扰对钻井参数仪表数据采集的正常工作有严重的影响,对仪表系统是极大的威胁,非常容易导致系统瘫痪。为了最大程度地保证仪表系统正常工作,采取电气保护措施是必要的手段。

1 方案设计

1.1 电气隔离措施

通信电缆是仪表系统中受干扰最大的部分,而且各种干扰也极容易顺通信电缆进入系统,从而引起系统的工作不正常。为了切断这条干扰途径,保护CAN控制器,总线控制器SJA1000未与PCA82C250直接相连[1],而是通过光电隔离器6N137相连接,这样可很好地实现总线上各节点间的电气隔离,提高节点的稳定性和安全性。但要真正实现隔离,就必须在光电隔离器输入和输出端采用两个完全隔离的电源,如图1节点中的DC/DC模块输出的两组+5 VDC电源VDD、VCC。

图1 CAN通讯电路

1.2 CAN总线增加保护器件

当发生雷击或其他强烈干扰时,巨大的能量如果来不及泄放,就会损坏收发器。为了防止干扰对收发器的损坏,第一阶段在电路上做了如下处理:PCA82C250的CANH和CANL引脚各自通过一个5Ω的电阻与CAN总线相连,电阻可起到一定的限流作用,从而保护PCA82C250免受过流的冲击。在CANH和CANL与地之间各自接一个30 pF的小电容,可以起到滤除总线上的高频干扰和防电磁辐射的作用。另外,在CANH和CANL之间并联一个6.8 V的瞬态电压抑制二极管(TVS:1.5KE6.8CA)[2],可以保护PCA80C250在瞬间高电压情况下不受损坏。

经过第一阶段的试验,又做了更进一步完善,TVS虽然可以将雷击电压一次钳制到芯片可以承受的水平,但是不能承受大的雷击能量,因此必须增加防雷管(TED485)[3]做两级总线防护。当受到雷击时,感应过电压由通讯线两端引入,并接在总线上的防雷管将能量泄放掉,BC2与BC3进行共模防护,BC1进行差模防护。但是一般情况下,防雷管的反应速度慢,钳位电压高(约为500 V),因此本设计中,在防雷管后增加了TVS和PTC电阻。PTC电阻限流,TVS二次限压,能够将总线的压差钳制在6.8 V以下,这样当受到干扰时,TVS能较快地起到保护作用;而PTC电阻能保护收发器免受过流的冲击。在CAN H和CAN L与地之间各自接一个30 pF的小电容,可以起到滤除总线上的高频干扰和防电磁辐射的作用。CAN收发器电气保护原理如图2所示。