CAN总线在采煤机监控系统中的应用
基于CAN总线的煤矿监测监控系统研究罗曦
基于CAN总线的煤矿监测监控系统研究罗曦发布时间：2022-03-06T05:27:55.803Z 来源：《建筑模拟》2021年第12期作者：罗曦[导读] 煤矿生产系统中具有强大的特殊性，这也就代表着煤矿开采过程中可能导致其监测监控系统的发展态势相对不稳定，所以CAN总线的使用在煤矿监测监控系统中受到了广泛的应用，本文通过对煤矿使用CAN总线的监测监控系统进行了相应的探究，通过模拟设计CAN总线煤矿监测监控系统具有光纤自愈环结构的传输干线，提出了三种CAN智能调控的方案设计以及CAN/RS232网关线路设计。
中煤科工集团常州研究院有限公司江苏常州 213015摘要：煤矿生产系统中具有强大的特殊性，这也就代表着煤矿开采过程中可能导致其监测监控系统的发展态势相对不稳定，所以CAN 总线的使用在煤矿监测监控系统中受到了广泛的应用，本文通过对煤矿使用CAN总线的监测监控系统进行了相应的探究，通过模拟设计CAN总线煤矿监测监控系统具有光纤自愈环结构的传输干线，提出了三种CAN智能调控的方案设计以及CAN/RS232网关线路设计。
关键词：现场总线；控制器局域网；监测监控；现场总线控制系统 0.引言随着我国现代化国家建设进程不断发展，我国对煤炭能源消耗也越来越多，所以煤矿行业的创新发展与安全生产是势在必行的重要管理措施，在煤矿的生产系统中，监测监控是重要的安全生产组成部分，在传统的煤矿监控系统中是利用RS-485总线进行数据传输布置的，该总线有着传输速度较慢、传输距离较短、定位精度较低、集成度较低以及使用成本较高的特点，所以在煤矿监测监控系统中要顺应时代的发展，采用更高效的总线线路布置方式来进行设计。
在科技创新的发展前提下，CAN总线的特性要强于RS-485的性能，所以在煤矿监测监控系统中，应给予一定的创新设计，采用CAN总线提升监测监控系统的高效性能，同时CAN总线的设计中可以以STM32单片机为井下监测奋战控制核心，结合多传感器监测井下环境参数以及人员RFID定位，以CAN总线为主要传输路线，实现快速的动态人机交互模式。
煤矿远程通讯中的CAN
煤矿远程通讯中的CAN-bus应用前言煤矿安全无疑已成为社会关注的热点，不仅对社会经济有影响，更关乎矿业人员的生命安全。
产生煤矿安全隐患的原因之一是对有害情况的监测和控制存在一些缺陷；并且，煤矿中各种类型系统相互独立，信息不互通，也是造成统一管理不便的原因。
随着国家对煤矿安全生产的管理越来越规范，加强了对煤矿安全生产的监管力度，要求对矿井设备不仅有更全面的功能，通讯也要更加的实时可靠，以便及时了解与查询现场安全监测监控信息。
在此，我们根据自身经验，以及一些煤矿领域的相关应用，提出一种性价比非常高的现场总线通讯系统，即CAN-bus总线方案，用来解决煤矿系统的通讯问题。
煤矿通讯现状煤矿井下的环境是非常复杂和恶劣的，需要的工作设备和监测设备也非常之多。
井下检测环境的主要特点有：环境异常恶劣。
系统的观测点多数都在井下和高压设备的环境中，受到较强的电磁辐射和耐潮耐腐的考验，不仅检测的准确度受到一定的干扰，而且数据的传输也变得不那么可靠。
检测对象种类繁多。
矿井下的很多环境参数都会牵涉到事故的发生。
比如通风不足造成瓦斯浓度过大可能导致瓦斯爆炸。
一氧化碳浓度过大会导致井下工作人员中毒，等等。
所以每一项相关的参数都得测量并及时准确的传输到控制中心，便于分析当前井下环境的安全程度，尽可能的避免煤矿事故。
测点分布广。
测点分布不仅广，而且分布不均匀，从而使传感器信号和各种检测信号传送变得复杂和困难。
需要中央监控室集中监测。
系统观测项目多，测点分布广，一般设置在煤矿调度室进行集中监测与控制，所以需要安全可靠的远距离传输。
这里列出部分的重要煤矿设备及其相关的测量控制参数。
考勤和巡检系统：实际上可以将考勤和巡检功能用一个系统来完成，不必分成独立的两个系统。
该系统已使用到射频读卡技术。
整个系统用于人员安全和记录管理。
安全环境监测系统：主要用于测量自然环境参数，如甲烷（瓦斯）CH4浓度、一氧化碳CO浓度，二氧化碳CO2浓度、风速风向、负压、温度、湿度、粉尘浓度等。
基于CAN总线的煤矿监测监控系统
的通 讯 协议 ，底 层 的 Ｉ ／ ０ 模 块 与各 电子 设 状 态 以及风 门 的开停状 态等 。 备 能通 过Ｃ Ａ Ｎ 总线 构 成全 面 的控制 网 络 。 （ ５） 基于Ｃ Ａ Ｎ总线 的 安全 监 测 监控 Ｃ Ａ Ｎ 总 线 集合 了Ｏ Ｓ Ｉ 开放 系统 互 连参 考 模 系统 的优 势 。①Ｃ Ａ Ｎ 总线 的运 作 模式 为多 型 中数据 连接 与 物理 设置 的优 势 ，具有 高 主机 运行 ，任 意一个 节 点可 以 随时通 过 主
一
时 ，这 种 系统也 有很 大 的缺 陷 ：不 同生产 通 信 的质 量 。 由于 煤矿 安全 监测 监控 系 统 线 的判 断 时间 。￣ Ｃ Ａ Ｎ 总 线模 式下 可 以进 厂 商所 生产 的 系统无 法统 一通 信 ，这种 缺 的子 系统 数量 较多 ，在 进行 监控 的 过程 中 行 一个 节点 向一 个节 点传 输 、一个 节 点 向
买Ｃ Ａ Ｎ总线 Ｐ Ｃ Ｉ 卡 ，再 通 过 以太 网进 行连 行 。⑤ 完善 的通 信协 议优 势 。系统 开发 更 接 扩展 。这一 过程 中，Ｃ Ａ Ｎ 总线 的扩 展 主 加 简单 ，可 以直 接通 过Ｃ Ａ Ｎ 总 线 的控制 芯 片 实现 。⑥ 费用 低 。相较 于集 中式 监控 系 统 来 说 ，节 约 了大 量 电缆 线 等设 备 的 购 买 ，基 于Ｃ Ａ Ｎ 总线 模式 的煤 矿 安全 监测 监
陷 直接 的影 响是 ，不 同 的生产 商所 生产 的 需 要 使用 的传 感器 和 分站 较多 ，Ｃ Ａ Ｎ 总线 多个 节 点 以及一 个节 点 向全部 节 点传输 的 统一 系 统之 间 、系统 与 网络之 间无 法共 享 的扩展 性 有利 于解 决这 一 问题 ，扩展 方式 方 式 。④数 据传 输正 确率 高且 快 速 。Ｃ Ａ Ｎ 数据 信 息 ，简而 言之 ，就 是这 种系 统缺 乏 为 直 接通 过Ｃ Ａ Ｎ 网关 进行 扩 展 ，或者 是购 总 线通 过短 帧传 输 ，且与 校验 技术 整合 运 开放 性 。 ２ Ｃ Ａ Ｎ 总线 的特征分 析
基于CAN总线技术在煤矿采煤机的应用
基于CAN总线技术在煤矿采煤机的应用摘要：现阶段，CAN总线技术已广泛应用到采煤机电控系统中，由于其实时性强、错误处理和检错机制完善、抗电磁干扰能力强、传输距离较远、接线少、成本低等优点，使得采煤机电控系统在性能上得到了很大的提高。
采煤机在煤矿井下工作面的工作条件非常恶劣，CAN总线技术在使用过程中也存在着诸多问题，解决采煤机CAN总线技术的常见故障，提高采煤机开机率显得非常重要。
基于此，本文对基于CAN总线技术在煤矿采煤机的应用进行了详细地分析与探究。
关键词：CAN总线技术；煤矿采煤机；应用1、我国煤矿采煤机的发展现状随着我国科学技术的发展，煤矿开采技术快速发展和完善，就采煤技术而言，已经初步形成了能够适应不同开采环境和条件的综采成套设备。
但是和德国、法国、美国、加拿大等发达国家的采矿技术相比，仍然存在一定差距，主要体现在以下几个方面：1.1 缺乏行之有效的基础理论山西矿产资源部门在2016年7月对20个国家的综采采煤机进行深入调查，数据显示，像西方发达国家在研究综采采煤机时比较注重元部件的理论研究，在采煤机设计中都具有大量先进、科学的理论支持。
而我国在研究综采采煤机时，往往只注重性能和安全系数，对基础部件理论的研究少之又少。
导致我国研究的采煤机经常出现质量问题，严重影响了采煤效率，同时自动化方面的理论研究也需要进一步强化。
1.2 缺乏核心技术的支持通过调查显示，我国煤矿采煤机在生产加工过程中，仍然采用普通的加工机具进行加工，导致其零件的精度和准确度难以保障。
同时在电气零件、液压零件、轴承、电动机、关键元件等安装过程中，缺乏精细的装配工具和装配工艺。
大大降低了综采采煤机的可靠性、稳定性和使用寿命，比如：我国大多数综采采煤机的齿轮运转寿命只有4000~5000h，而德国、法国的综采采煤机的齿轮运转寿命普遍在15000h以上，从这两组数据可以可以看出国产综采采煤机的使用寿命还不足国外的1/3。
2、CAN总线技术的特点分析2.1 多主结构多主结构有别于主从式结构，即总线上的节点没有绝对的主机的概念，当总线空闲时，连接到总线上的任一节点都可以主动发送信息成为主机。
现场总线CAN-bus 在煤矿通讯中的优势
现场总线CAN-bus 在煤矿通讯中的优势煤矿生产是与国计民生密切相关的一个领域。
其中，煤矿平安无疑是大家关注的热点之一，不仅对社会经济有影响，更关系到每个矿业人员的生命平安。
煤矿系统中原先的各类独立设备已经不能够满足现代化煤矿生产的需求；组建一个技术先进的煤矿通讯网络，对煤矿的工作人员、现场环境参数进行监测、控制，形成一个能够满足地域化控制、符合煤矿平安要求的煤矿数据/信息管理系统，这已经是煤矿行业的开展大趋势。
煤矿企业内部通过煤矿通讯网络传输各类现场数据；通常传输的是来往于各个现场设备之间的控制类数据，一般都属于小流量、实时数据。
煤矿通讯主要涉及以下两个方面的应用：●考勤和巡检系统●作业现场环境监测同时，煤矿通讯具有非常明显的自身行业特点：●设备符合本质平安要求●现场环境恶劣●通讯距离较远●数据传输要求可靠实时●同一网络设备节点较多按国家对煤矿企业中现场通讯设备的参数要求，目前在煤矿行业中可运行的常见通讯方式有串行通讯RS-485、现场总线CAN-bus、调制解调Modem、无线通讯等几种方式。
本文将比照这几种通讯方式，并结合实际工程的运行经验，从而汇总一些煤矿行业应用现代化通讯的特点、优势，并且介绍现场总线CAN-bus 的主要优势。
1、串行通讯RS-485国际EIA 协会在1983 年制定了RS-485 标准，这是一个串行通讯的电气标准。
与第一代的RS-422 标准相比，RS-485 标准支持多点、双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围。
RS-485 标准是一种实现本钱较低的多点网络通讯方式，通用RS-485 收发器的价格低于10 元/个；RS-485 网络是最常见到的通讯方式之一，单一网络能够连接32 个节点，通讯距离够到达1200 米；RS-485 设备可以基于普通单片机UART 端口进行开发，电路设计简单。
在工业自动化设备、分布式数据采集、楼宇安防、早期的煤矿网络等领域，RS-485 设备是最常见到的通讯设备之一。
CAN总线在煤矿安全监控系统中的应用
开 始
２ 软件设计
系统 的软 件设 计主 要 包括 了两大 部分 ，一是 对 Ｐ ７ ５ １ 使用 ，其 初始 化流 程 图如 图 ３ 示 ；二 ８Ｃ ９ 的 所
是Ｃ ＡＮ总 线发送 协 议 的实现 ， 流程 图如 图４ 示 。 其 所
Ｎ
值得 一提 的 是 ，在 上 电或 者 硬 件 复位 后 ，
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位 高性 能 微控 制器 ，与 ５ 指令 集兼 容 ，并 集成 了 １
Ｐ ｉｐ 半导 体公 司 Ｓ Ａ１ ０ ＡＮ控制器 的 Ｐ ｌ Ａ ｈｌ ｓ ｉ Ｊ ００ Ｃ ｅ Ｃ Ｎ ｉ
功 能 ，具 有 １ Ｂ片 内 Ｒ ６Ｋ ＯＭ 可 以满 足本 系统 的数
收稿日期：２ ０ —６ １ ０ ９０ —５ 基全项目：四川省教育厅 自然科学重点项 目：矿 山灾害预警与救助体系研发基地 （０ ６ Ｄ０ ０ ２０Ｚ ４ ） 作者简介：李琳琳 （９ ０一） １８ ，女 ，山东乳 山人 ，讲师 ，硕士 ，研 究方 向为现代信息处理新技术和嵌入式应用。 【】 第 ３ 卷 ８ ２ 第３ 期 ２ １—３ ００
Ｌ ｉ— ｎ 一 Ｗ ＡＮＧ ． ｅ １ ＣＨＥ ｙｉ ＧＡＯ ｎ １ ＣＡＯ ｉ ａ ｇ Ｉ ｎｌ Ｉ， Ｌ ｉ ＸＵ ｂ ｎ ， Ｎ １ ， Ｓｏ ｇ ， Ｌ． ｎ ￣ ｇ
（． １ 成都理工大学 地球探测与信息技术教育部重点实验 室 。成都 ６ ５ １ ０ ９； ０ ２ 成都理工大学 地学核技术四川省重点实验室 ，成都 ６ ０ ９ ． １ ５） ０
摘
ห้องสมุดไป่ตู้
要 ：本文将 Ｃ Ｎ总线应用于煤矿安全监控系统 ，实现 了将现场采集到的数据通过 Ｃ Ｎ Ａ Ａ 总线上传 到 监控中心 。 文中详细介绍 了系统的硬件设计 ， 给出了相应的软件流程 图 ， 该设计提高了系统
CAN总线技术在煤矿监测系统中的应用研究
是实 际进 行现场控制的下位机 。其整体结 构如图 １所示。
离的传输特点 ，特别 适合现场监控设备的互连 。 由于煤 矿生 产 的特殊性 ，地面正 常运 行 的系统并 不能
直 接 应 用 于 井 下 ，因 而 煤 矿 监 控 系 统 的 发 展 并 没 有 与 常 用
站
的工业控制系统一并 经历 了模拟 仪表 控 制系统 、集 中式数
收 稿 日期 ：２ ０ ～１ ０ ５ ２—２ ６
作者简介 ：王跃东（９ ９一） ，男 ，湖北 沙市人 ，温州大学计算 机学院副教授 ，现 为浙 江工业大学在职硕 士 ，研 究方向 １５ ， 为计算 机硬件及其控制。
１７ ０
维普资讯
煤 炭 工 程
维普资讯
２０ ０ ６年 第 ５期
煤 炭 工 程
Ｃ 慧缓援零在煤 肇濑蘩镶 应爆研究 ：Ｎ Ａ： 申柏
．
王 跃 东 ，杨 卫 波
（ ． 江 工 业 大 学 信 息 工 程 学 院 ；２ 温 州 师 院 计 算 机 学 院 ） １浙 ．
摘
要 ：Ｃ ＡＮ（ ｏ ｔ ｌ ｒ ｒａＮ ｔ ｏｋ 总线 也被 称 为控 制 器局 域 网 ，是 一 种 有 效 支持 分 布 Ｃ ｎｒ ｌ ｅ ｅｗ ｒ ） ｏｅ Ａ
式控制 和 实时控 制的 串行 通讯 总 线 ，能 很好 地 满足 煤 矿监 控 系统 对通 讯 的 可 靠性 和 实 时性 的 高
０ 引 言
现 场总 线 是 应用 在 生 产 现 场 、在 微 机 化 测 量 控 制 设 备 之
１ 系统 总体 方 案设计
基 于 煤 矿 的特 殊 条 件 与 Ｃ ＡＮ 总 线 通 信 系 统 的 模 式 ，结
间 实现 双 向 串 行 多 节 点 数 字 通 信 的 系 统 ，也 被 称 为 开 放 式 、 数 字式 、多 点通 信 的 底 层控 制 网 络 。具 有 节省 硬 件 数 量 、安
基于CAN总线的矿井安全监控系统
电气与控制工程学院班级：自动化0901......基于CAN总线的矿井安全监控系统xxx（ xxxxxxxx电气与控制工程学院，临潼710600）摘要：文章介绍了CAN 总线的特点和通信协议，重点阐述了其在煤矿安全监测系统中的应用及前景。
关键词：CAN总线；安全监控Abstract：This paper introduces the characteristics and communication protocol of CAN bus,especially about its application and prospect of mine safety monitoring system.Key words：CAN bus；safety monitoring0 引言煤矿生产环节多、大型机电设备多、高温高湿，为确保工作人员人身安全，提高生产效率，节约生产成本，煤矿安全监控系统的应用愈来愈广泛，对现代化矿井调度管理日益显示出其重要性。
控制器区域网(Controller Area Network)CAN是Bosch公司为现代汽车应用领先推出的一种多主机局部网，现在已经成为在仪表装置通讯的新标准. 它提供高速数据传送, 在短距离(40m)条件下具有高速(1Mbit/s)数据传输能力,而在最大距离10000m时具有低速(5kbits/s)传输能力, 极适合应用在高速的工业自控上。
1 CAN总线的特点多主总线，即每个节点机均可成为主机，且节点机之间也可进行通信；.通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维，通信速率可达1Mbps；CAN总线通信接口中集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处理，包括位填充、数据块编码、循环冗余校验、优先级判别等项工作；CAN 协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码，而代之以对通信数据块进行编码。
采用这种方法的优点可使网络内的节点个数在理论上不受限制，数据块的标识码可由11位或29位二进制数组成,因此可以定义211或229个不同的数据块,这种按数据块编码的方式,还可使不同的节点同时接受到相同的数据,这一点在分步式控制中非常重要；数据段长度最多为8个字节,可满足通常工业领域中控制命令,工作状态及测试数据的一般要求.同时，8个字节不会占用总线时间过长,从而保证了通信的实时性；CAN协议采用CRC检验并可提供相应的错误处理功能,保证了数据通信的可靠性。
基于CAN总线的煤矿监控系统研究
因为它 有成本 低 和 数 据 可 靠 的卓 越 性 能 ， 所 以 被广 泛应 用 于工业 控 制 领 域 。 与 串行 通 信 系统 相 比 ， 它 克服 了串行 总线 的许 多缺 点 ， 能 较 好 地 满 足煤 矿监 控 系统 的需要 。Ｃ Ａ Ｎ总 线差 错 控 制 能 力 较好 ， 具 有
不 管这 些数 据是 不 是 发 给 自己 的 ， 这 些 节 点 都会 对
３ ） 不 能构 成 多 主结 构 ， 不 能 满 足 各 监 控分 站 之 间相 互 的通信 要求 。 ４ ） 可 靠 性 和 实 时 性 不 能 满 足 实 时 测 控 的 功
能要 求 ¨ 。 Ｃ Ａ Ｎ总 线被 Ｉ Ｓ Ｏ制定 为 国 际标 准 的 现 场 总线 ，
向其 他 节点 发送 数 据 时 ， 该 节点 的 Ｃ Ｐ Ｕ把 要发 送 的
速率高 ， 可靠性高， 完善的规范和协议 ， 适宜长距离 传输 等优 点 。
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ － ０ ４ － ２ ５
数据和 自己特定 的标识符传送给本节点 的 Ｃ Ａ Ｎ芯 片， 并 处 于准 备状 态 ； 当它 收 到 总 线分 配 时 ， 则 会 转
总第１ ６／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ５— ２ ７ ９ ８ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ８ ． ０ ２ １
基于 Ｃ Ａ Ｎ 总 线 的 煤 矿 监 控 系 统 研 究
常 绿
（ 潞 安环能股份公 司 常村煤矿 ， 山西 长 治 ０ ４ ６ １ ０ ２ ）
基于CAN总线的煤矿监测监控系统分析
基于CAN总线的煤矿监测监控系统分析摘要：煤矿监控系统中CAN通信技术的设计，是通过对现有系统通信方式的比较和存在问题的综合分析，选择最新通信的数字化设计方案，具有良好的检测效果。
基于此，笔者将分析与探讨基于CAN总线的煤矿监测监控系统。
关键字：CAN总线；煤矿监测监控系统分析；监控系统引言：做好煤矿监测监控和确保煤矿安全生产问题，是煤炭作为国民经济支柱产业安全高速可持续发展的前提。
特别是施工企业要对煤矿井下各种灾害性气体、运输设备、工况环境、矿山机电设备等设备进行综合监测，才能保证整个煤矿的安全运行。
一、基于CAN总线的煤矿监测基于CAN总线的煤矿监测监控主要是由操作站、控制站及其网络组成，有效提高了检测的效率，可以避免出现连锁故障的情况。
同时操作人员可以掌握操作过程、预警情况和数据，进而指导施工企业采取针对性措施。
二、基于CAN总线的安全监控系统的优点CAN总线的运行方式为多主机运行，任何节点都可以通过干线随时向其他干线传输信息。
其次CAN总线带有无损自动判断技术，当系统中同时出现的两个小节点向，CAN总线传输信息时，下层节点可以暂停传输，等待高层节点优先传输后再传输，进而有效地缩短了总线的判断时间。
其次在CAN总线模式下，一个节点可以传输到一个节点，一个节点可以传输到多个节点，一个节点可以传输到所有节点。
特别是CAN数据传输精度高、速度快，实现了信息的快速共享。
特别是CAN总线采用短帧传输，可以与检测技术相结合，提高了检测的正确率。
最后是CAN具有完善的通信协议优势，该系统开发简单，可直接由CAN总线控制芯片实现。
此外CAN的成本低，与集中式监控系统相比，节省了大量电缆等设备的采购，当前CAN总线模式的煤矿安全监控系统的工程造价也大大提高减少。
三、基于CAN总线的煤矿监测监控系统（一）总线扩展，多公里范围内复杂系统的监控从理论上讲CAN总线中的节点数目是没有限制的，但节点数目小于110的设置有利于保证日常通信的质量。
CAN总线在煤矿安全监测系统中的应用研究
测 系统总体结构和 软硬 件设计 ， 并对 Ｃ Ｎ通信进 行了试验 。试验表 明其性能可靠 、 定， Ａ 稳 是煤矿井 下监 测系统的最佳选择 。 关键 词 ： Ａ 总线； ＣＮ 监测 系统 ； 矿井下 煤
Ｐ ５ １连 接 到 Ｃ Ｎ Ａ 总 线 上 ， 单 片 机 的 ＩＯ ｕ 连 接 ／ Ｃ Ｎ 是 Ｃ ｎｒｌｒ ｒａ ｅ ｒ Ａ ｏｔ ｌ Ａ ｅ Ｎ ｔ ｋ的缩 写 ， 是 ＩＯ 国 际标 准 化 发 器 ＭＣ ２ ５ ｏｅ ｗｏ Ｓ Ｊ ０ ０的 Ａ ０ Ａ ７以及 Ａ Ｅ Ｃ 、 Ｓ Ｒ 和 ＷＲ 等 引脚 ， Ｄ － Ｄ Ｌ 、 Ｓ Ｒ Ｔ、 Ｄ 进 的 串行 通信 协 议 。 当前 的汽 车产 业 中 ， 在 出于 对 安全 性 、 舒适 性 、 方 ＳＡ１ ０ 行数 据传 输 和总 线控 制 。ＳＡ１０ Ｊ ００的 Ｔ ０Ｒ ０分 别接 Ｃ Ｎ 收 发 Ｘ 、Ｘ Ａ Ｐ５１ Ｘ Ｘ 进行 数据 的收 发 。 Ｐ ５ １ ＭＣ ２ ５ 是 出来 。由于 这些 系 统之 间 通信 所用 的数据 类 型及 其 对可 靠性 的要 器 ＭＣ ２５ 的 Ｔ Ｄ 和 Ｒ Ｄ 引脚 ， Ｎ Ａ 协 议 控制 器和 物 理 总线 的接 口， 提供 了对 总线 的 差动 发 送 能 求 不尽 相 同 ， 用 多条 总线 进 行通 信 的情 况 很多 ， 束 的数 量也 随 Ｃ 采 线 力和 对 Ｃ Ｎ 控 制 器 的差 动接 收 能 力。 Ａ 之增 加 。 为适 应“ 少线 束数 量 ”“ 过 多 个 Ｌ Ｎ进 行 大量 数 据高 减 、通 Ａ 便 性 、 公害 、 成 本 的要 求 ， 种 各 样 的 电 子控 制 系 统 被开 发 了 低 低 各
． Ａ 速 通信 ”的 需要 ，９６年 德 国 电气 商 博世 公 司 开发 出面 向汽 车 的 ３３ Ｃ Ｎ 总线上 滤 波器 的 设置 １８ Ｓ Ａ ０ ０至 多可提 供 ４ ｙ 验 收 码 以及 ４ ｙ Ｊ １０ ｔ Ｂ ｅ ｔ Ｂ ｅ屏蔽 码 ，验 收 Ｃ Ｎ 通 信协 议 。此后 ， Ａ 通 过 ＩＯ１８ ８ ＩＯ１５９ 行 了标 Ａ ＣＮ Ｓ １９ 及 Ｓ １１ 进
CAN工业总线与基于WCDMA的无线传输技术在煤矿安全监控系统中的应用的开题报告
CAN工业总线与基于WCDMA的无线传输技术在煤矿安全监控系统中的应用的开题报告1. 研究背景煤矿安全监控系统是煤矿生产管理中不可缺少的重要组成部分。
其主要作用是实现对矿井内部环境、生产设备和人员安全状况的监控、检测和报警，提高煤矿生产安全水平。
目前，煤矿安全监控系统主要依靠有线传输技术实现。
传输方式多采用CAN总线，其可靠性高、传输速率快、成本较低，但局限于有线连接，对系统维护和扩展存在一定的限制。
基于WCDMA的无线传输技术则可以突破有线连接限制，实现远程监控和数据传输。
因此，研究CAN工业总线与基于WCDMA的无线传输技术在煤矿安全监控系统中的应用，具有重要的理论和实践意义。
2. 研究内容本研究将探讨CAN工业总线与基于WCDMA的无线传输技术在煤矿安全监控系统中的应用。
具体研究内容如下：（1）煤矿安全监控系统的现状和存在问题分析；（2） CAN工业总线和基于WCDMA的无线传输技术的基本原理和特点介绍；（3） CAN工业总线与基于WCDMA的无线传输技术的应用场景分析；（4）采用CAN工业总线和基于WCDMA的无线传输技术构建煤矿安全监控系统的方案设计；（5）系统实现和性能测试。
分别测试CAN工业总线和基于WCDMA的无线传输技术在煤矿安全监控系统中的稳定性、实时性、数据传输速率等性能指标；（6）系统应用效果评估。
评估采用CAN工业总线和基于WCDMA 的无线传输技术的煤矿安全监控系统在实际应用中的效果和优缺点。
3. 研究意义（1）提高煤矿安全监控系统的实时性和可靠性；（2）实现远程监控和数据传输，提高煤矿的管理效率；（3）拓展煤矿安全监控系统的应用范围和场景；（4）探索CAN工业总线和基于WCDMA的无线传输技术的应用，为类似场景下的应用提供参考。
4. 参考文献（1）杨世方. CAN总线技术在煤矿安全监测系统中的应用. 电气化铁道, 2017, 32(1): 92-94.（2）朱英, 顾斌, 庞彦宏. 基于WCDMA的无线传输技术在环境监控系统中的应用. 仪器仪表学报, 2010, 31(5): 1068-1073.（3）陈先熙, 王杨, 张超. 基于CAN总线的煤矿地下环境智能监测系统设计. 煤炭技术, 2017, 36(10): 152-155.。
CAN总线在煤矿安全监控系统中的应用
作者简介 ： 金树成 （９ ５ ） 男 ， １５ 一 ， 高级工程师 ， 电力及 自动化 系统专家 ； 魏 金辉 ， ， 男 高级工程师 ， 士， 硕 主要从事 Ｄ Ｓ系统及 高级 控制算 法的应 Ｃ 用与研究 ； 宫藏仲 ， 助理工程师 ； 李雪丽 ， ， 女 助理工程师 。 收 稿 日期 ：０ ９０ ＿１ ２ ０ －８２
ｄ ｉ１．９ ９ ｊｉ ｎ １７ — ４ ．０ ０Ｏ ．２ ｏ：０ ３ ６／．ｓ ．６ １１ １２ １ ． １０２ ｓ ０
参 考 文献
［ １于现军 ， １ 魏金辉等． 自寻优算法在 高炉热风 炉燃烧 系统 中的 应用 ［ ］ 世界仪表与自动化 ，０ ３，（６ Ｊ． ２０ ｏ） ［］ ２ 赵元黎 ， 刘越 ， 杨松林． 专家调 整量化 因子 的模糊控制 器［ ］ Ｊ．
Ｃ Ｎ 总 线在 煤 矿 安全 监 控 系统 中的应 用 Ａ
崔 乃东 ， 蔡 燕
（ 天津工 业大 学 电气工 程与 自动化 学院 。 津 ３ ０ ６ ） 天 ０ １０
摘要 ： 针对 目前煤矿安全监控 系统普遍采用 ＲＳ４ ５总线通讯存在的缺 －８ 点。 设计 了基于 Ｃ Ｎ 总线 的煤矿 安全监控 系统 ， 分析 了 Ｃ Ａ 在 Ｎ Ａ 总线 的基本原理 的基础上。 详细介绍了基于 Ｃ Ｎ 总线的煤矿安全监控系统的 Ａ 硬件设计和软件实现。 解决了以往煤矿安全监控系统存在的实时性差， 容纳 的节 点数 少 。 讯机 制不灵 活等 缺点 ． 实践 中取得 了 良好 的效 果。 通 在
ＭＳＳＥＵＣ ａ ｅ ｂ ｓ ｄ ｏｎＣＡＮ ｓ ｂｕ ．Ｔｈｒｕ ａｙ ｉｇ ｔ ｅ ＣＡＮ ｂ ｓ ｐ ｉ— ｏ ｇｈａｎ ｌｚｎ ｈ ｕ ｒ ｎ
ｃ ｐ ｅ．ｔ ｅ ｐ ｐ ｎ ｒ ｄｕ ｅ ｈ ａ ｄ ｉｌ ｈ ａ ｅｒｉ ｔ ｏ ｃ ｄ ｔ ｅ ｈ ｒ ｗａｒ ｓｇｎ ａ ｄ ｔ ｅ ｓ ｆ ｒ ｆ ｅ ｄｅ ｉ ｎ ｈ ｏ ｔ ｗａ ｅ ｏ ｔ ｈｅ ＭＳＳＥＵＣ ａｓ ｂ ｅｄ ｏｎ ＣＡＮ ｓ。ｓ ｌｅ ｏ ｅｍｓ ｏｎ ｈ ｖｉ ｏ ｂｕ ｏｖ ｄ ｐｒ ｂｌ ａ ｎｇ ａ ｐ ｏｒ ｒ ａ －ｉ ｅ ｌ ｍｅ。ｃ ｔ ｉ ｉ ｇ ｆ ｗｅ ｕｍｂ ｆｎ ｄｅ。ｉ ｆ ｘｂｌ ｏ ｍｕ ｉ ａ ｉ ｎ ｔ ｏｎ ａ ｎ ｎ ｅ ｒｎ ｅｒ ｏ ｏ ｎｌ ｉ ｅ ｃ ， 具有重要 的历史和现实意义。口
基于CAN总线的采煤机定位系统的监控器设计
线与监控 器相连 ， 主控 制器通 过轮询各 个监 控器 ， 来查 询是否 有定位信号 ， 以便确定采煤 机的准确位置 。当收到某个监控器
的 信 号 后 ， 过 辨 识 标 识 符 （【 号） 确 定 是 哪 个 监 控 器 ， 后 通 Ｉ ） 来 然
线 ， 以高性 能 、 它 高可靠 性 以及 灵活 的设计而 受到人 们 的高度
进 行 了设 计 ， 并给 出 了 软件 流 程 。 主 控 制 器 处 于 巷 道 交 叉 口或 综 采 面 的 一端 ，通 过 Ｃ Ｎ 总 Ａ
推 出， 已被 列入 ＩＯ１８ ８ Ｓ １９ 。目前 广泛应用 于过程工业 、 械工 机 业 、 织工业 、 纺 农用 机械 、 器人 、 机 数控 机床 、 医疗 器械 及传 感 器等领 域 ， ＡＮ总 线是 一种全 数字 化 、双 向和 多主 的现场 总 Ｃ
ＳＡ１０ ，此 时可 以对 ＳＡ１０ Ｊ ００ Ｊ ０ ０执行相应读写操 作） ８ Ｃ ２的 、９ ５ 采煤 机定位 监控 系统 是 由上位 机 、主控制器 、监 控器和 ＡＬ 、 Ｄ、 Ｅ Ｒ ＷＲ分 别与 ＳＡ１０ Ｊ ００的对应 引脚相 连 ， 成相应 的控 完 Ｃ Ｎ 总线 组 成 ， 定 位 监 控 系 统方 框 图 如 图 １ 示 。 Ａ 其 所 制 功能 。
Ｃ Ｎ 总线 收发器 ８ Ｃ ５ Ａ ２ ２ ０是总线 的物理接 口及 驱动器件 。
其 输 出 端 的 ２个 电阻 是 限 流 电 阻 ， 免 ８Ｃ ５ 过 流 冲 击 。 ２ 避 ２ ２ ０受 个 小 电 容 是 滤 波 电容 ， 以滤 除 总 线 上 的高 频 干 扰 和 电磁 干 扰 可 等。 ２个 反 接 的二 极 管 是 起 保 护 作 用 的 。 止 Ｃ Ｎ 总 线 上 出现 防 Ａ
CAN总线在采煤机监控系统中的应用
－
９ ４・
煤
矿
Байду номын сангаас
机
电
２０ ０６年第６期
具有抗干扰 自动防错和纠错能力。
探索表明 ， 软启动 开关故 障很少 ， 台各出现一 次故 障， 有两 而
８５ 是一个三通道 １ ２３ ６位定时／ 计数器， 专门用来实现
脉冲相位的精确 控制 ， 以减一计 数方式 工作 ， 三通道 刚好 能
联 锁模拟 电路 ， 大大简化控 制回路 ， 实现开 关的近控 和远控 启 动停止 、 联机顺 控 、 点动及复位控制 ； 实现输 出为开关 量 的 所有保护跳闸闭锁等功能 ； 实现内部各器件 间控制及外 部设 备联锁控制 ； 具有各 种工作及故 障状态 显示 、 自动检 测及 计
数功能 。
信总线 ， 主要 优点 为 ： 其 数据通信可靠 、 实时 、 ， 灵活 信号统一
性好， 容易实现模块化、 标准化设计， 降低了设计、 安装和维
护费用 。采用现场总线方式 ， 实际布线只需 要一条双芯 电缆 即可 ， 既便 于对 通讯线进行特殊的保护 ， 又方便扩展 。
２ 系统 结 构 组 成
取 自同步变压 器的副绕组 ， Ｒ 经 Ｅ移相 后使 其过零点 正好 都 对准 ６个 自然 换 向点 ， 经 ３个 电 压 比较 器输 出 周 期 为 再
２ ｍ 的三相方波 同步 信号 ， ０ｓ 送至单 片机 。 由于 同步 信号 跳
文 苹 绸 号 ：０ １ ８ ４ ２ ０ ） ６— ０ ４— ２ １ ０ —０ ７ （ ０ ６ ｏ ０ ９ ０
本系统总体构成如 图 ｌ 所示 。
系统由一个主节点单元和七个副节点单元组成。主节
可编程序控制器选用 了大规模集成 电路和微处理 器 ， 并 在硬件和软件方面采取 了隔离和抗 干扰措施 ， 能适应 恶劣 的 工作环境 ， 具有很 高的可靠 性。通 过软 件编程 控制 ， 取代 能 大量 的控制继电器和实现多种控制功能 ， 别是对输 入和输 特 出的开关量控制 ， 应用在交 流软 起动 开关 内， 能取 代启 动及
CAN通信协议在矿井安全生产监控系统中的应用
CAN通信协议在矿井安全生产监控系统中的应用通信协议是在网络中用于规定信息的格式以及信息如何发送和接收的一套规则。
处于网络中的节点必须遵循双方约定的规则才能保证数据的正确接收和发送。
目前我们自行研制的KJ93矿井安全生产监控系统采用的就是RS- 485通信协议，其网络结构如矿井安全生产监控系统是对煤矿井下的瓦斯、通风、排水等状况和各种机电设备工作状态进行监测和控制，并用计算机分析处理所取得数据的一种系统。
其特点可以概括为：监测传输数据种类多，测点数量大，测点分布广，使用环境异常恶劣。
因此，矿用产品在选择各系统之间或系统内设备之间的总线协议所遵循的原则是高可靠、高速、高实时性。
1.CAN通信协议应用于矿井安全生产监控系统的可行性CAN总线是一种对等式的层间现场总线网，协议比RS-485协议更简单，实时性更好，它的信息帧短，不会因为长时间发送而影响其他节点访问总线。
由于采用优先级仲裁技术，当发生总线访问冲突时优先级高的信息仍可继续发送，因此它更适用于矿井中对数据传输和实时控制要求较高的系统。
CAN总线通信协议和接口简单，传输速率高，具有多种错误检测手段，抗干扰性强，可满足矿井安全生产监控系统对高可靠性的要求。
CAN协议最大的特点是废除了传统的站地址编码，代之以对通信数据块进行编码。
采用这种方法的优点是使网络内的节点个数在理论上不受限制。
这种按数据块编码的方式，可以很容易地实现点对点通信。
数据段长度最多为8个字节，可满足控制命令、工作状态及测试数据的一般要求。
由于CAN总线通信速率高，可靠性高，连接方便等诸多特点，有力地推动了应用开发的发展，反过来又促使器件生产厂商不断推出新的CAN总线产品。
目前各大半导体厂商竞相推出CAN总线芯片，如Philips公司推出的。
煤矿井下安全监测系统中CAN总线技术的应用
煤矿井下安全监测系统中CAN总线技术的应用矿井工作环境恶劣，矿井安全监测系统的主要作用就是持续监测到诱发矿井灾害的安全隐患问题，并及时采取安全处理措施。
基于CAN总结技术的矿井安全监测系统，大大提高了系统的响应速度，保证安全问题监测的实时性、稳定性及安全性，从而有效降低矿井事故发生率。
文章就针对CAN总线技术在煤矿井下安全监测系统中的应用进行探讨。
标签：矿井；安全监测系统；CAN总线技术煤矿作业生产环节多、涉及到大型的机电设备多，且工作环境高温高湿，十分恶劣，煤矿安全监控系统的应用可在最大程度上保障井下作业人员的人身安全，提高生产效率，降低生产成本。
1 煤矿通信的特点与其它行业的通信系统相比，煤矿通信具有以下几个方面的特点：首先，环境恶劣。
系统观测点多数均位于井下及高压设备环境中，日常工作均处于较强的电磁辐射及潮湿腐蚀的状态，恶劣的工作环境不仅会影响到现场检测的准确性，而且会干扰数据传输。
其次，检测对象种类多。
由于矿井下的危险因素比较多，很多环境参数可能会与事故的发生与发展有直接相关性，比如通风不足会导致瓦斯浓度升高，达到一定程度可能发生爆炸；再比如一氧化碳可能会导致工作人员中毒等，因此煤矿安全监测系统必须准确测量每一项安全参数，并准确的传输至控制中心，以保证煤矿生产的安全性。
最后，测量点分布广泛。
煤矿生产范围大，监测系统必须广泛分布于各个测量点，才可以保证监测范围更加全面，这也就无形中增加了传感器信号及其它检测信号传送的复杂性，对远距离传输的安全性、可靠性要求也更高。
2 CAN总线技术概述CAN总线技术是德国Bosch公司推出的一种现场标准，属于工业现场总线的范畴，即控制器局域网络，是一种串行通信总线，其可实现点对点、一点对多点的通信，与其它总线技术相比，CAN具有较强的实时性与要靠性，且可以实现远距离传输，并获得较高的数据传输速率。
并且系统结构简单、成本相对更低，因此在各个行业领域的应用越来越广泛。
CAN通讯技术在煤矿监控系统中的应用研究
粘接学术论文Academic papers化工工程与制造ADHESIONCAN 通讯技术在煤矿监控系统中的应用研究胡诗强（中煤科工集团重庆研究院有限公司，重庆400037）摘要：煤矿开采过程中容易发生各种安全事故，严重威胁到员工的身心健康，还会造成极大的经济损失，为了降低煤矿事故的发生，采用监控系统能够对现场环境状态进行监测，包括对机械设备运行状况、井下各种有害物质浓度状况等进行监测，能够及时发现煤矿开采过程中的问题，从而作出合理的应对措施降低危险程度。
CAN 通讯技术的优势较多，能够在系统中发挥重要作用。
于是文章主要使用视频监控方式，研究CAN 通讯技术在煤矿监控系统中的应用。
首先对监控系统的结构进行分析，其中主要包含井下监控系统和井上监控系统，然后对煤矿监控系统中使用的关键技术和程序实现方式进行分析，最后对煤矿监控系统进行调试，发现该系统能够实现高效率录像功能，且其可靠程度较高、成本较低。
关键词：CAN 通讯技术；煤矿监控系统；应用中图分类号：TD76文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2021）01-0127-04Application Research of CAN Communication Technology inCoal Mine Monitoring SystemHu Shiqiang（China Coal Technology &Engineering Group Chongqing Research Institute Co.,Ltd.,Chongqing 400037,China ）Abstract ：Various safety accidents are prone to occur in the process of coal mining,which seriously threatens the physical and mental health of employees and will cause great economic losses.In order to reduce the occurrence of coal mine accidents,the monitoring system can be used to monitor the on-site environmental status,including the op⁃eration status of mechanical equipment and the concentration of various harmful substances in the underground,etc.,it can timely discover problems in the coal mining process,so as to make reasonable countermeasures to reduce the degree of danger.CAN communication technology has many advantages and can play an important role in the system.So the paper mainly uses video monitoring method to study the application of CAN communication technology in coal mine monitoring system.First,analyze the structure of the monitoring system,which mainly includes the underground monitoring system and the uphole monitoring system,then analyze the key technologies and program implementation methods used in the coal mine monitoring system,and finally the coal mine monitoring system is debugged,and it is found that the system can realize high-efficiency video recording,and its reliability is high and the cost is low.Key words ：CAN communication technology;coal mine monitoring system;application 煤矿属于我国重要的生产领域，与国计民生有密切的相关性。
CAN总线在煤矿安全监控系统中的应用
现场总线是运用于现场仪表与控制室系统之间
的一种开放式 、 数字化 、多点通信 的控制 系统局
域 网络 ， 是 当今 自动 化 领 域 中 最 具有 应 用 前 景 的 技 术 之 一 Ｃ Ｎ （ ｏｔ ｌｒ ｒａＮ ｔｏｋ 即控 制 Ａ Ｃ ｎｒｌ ｅ ｅ ｒ） ｏｅＡ ｗ
支中继器 、断电控制仪 、接线盒等附加设备 。其 中
地面 中心 站负 责接 收 、存储 、处 理 和显 示从 井下 监
控分站或传感器传来的各种监控数据 ．并通过各个 井下分站发送各种配置命令和对现场设备的控制命 令 ；井下监控分站完成各传感器测量数据的采集 、 接收 、处理和向地面主站发送 。并完成相应 的控制 命令 ：传感器负责监测井下的安全保 障工作和设 备 运行状态 ；通信介质负责安全监控系统各设备的连 接和信息 的传递 ；网关节点站实现不同接 口的相互 转换 ；分支中继器在需要的地方完成通信线路的分 支 、中继和介质信号的转换。传输介质根据传输距
仲裁技术 ．即使网络负载很重，也不会 出现网络瘫
痪 情 况 ；四是直 接 通讯 距 离最 远 可 达 １ ｍ （ ０ｋ 速率
低于 ５ ｂ ） ／ ；五是报文采用短 帧结构 ，传输 时间 ｋｓ 短 。受干扰概率低 ：六是 Ｃ Ｎ上 的接点数主要取 Ａ
收稿 日期 ：０ ７ ０ — ０ 修 回 日期 ：０ ７ ０ — ２ ２０— ３２ ； ２０—３２ 作者 简 介 ： 红 远 （ ９ ５ ， ， 西 临 猗人 。 １８ 年 ７月 毕 韩 １６ 一） 男 山 ９８ 业 于 成 都 电讯 工程 学 院 ， 工程 师 。
控制器局域 网 Ｃ Ｎ为 串行通信协议 ，能有效 Ａ 地 支 持具 有 很 高 安 全 等 级 的 分 布 实 时 控 制 。Ｃ Ｎ Ａ
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具有抗干扰自动防错和纠错能力。
8253是一个三通道16位定时/计数器,专门用来实现脉冲相位的精确控制,以减一计数方式工作,三通道刚好能实现可控硅三相定时,且分辨率极高。
(2)脉冲触发控制原理
本方案采用8096单片机为核心的微机控制触发方式,采用定时计数器来进行可控硅控制角 的移相控制。
具体方法是:把计算出的 换算成与 相对应的时间t ,从交流电源三相过零换相点开始,由8253定时/计数器进行计时,计时一到便由8096单片机产生触发脉冲到8155输出口,经调制产生一个脉冲序列发给可控硅控制极,使可控硅导通。
通过软件方式连续改变定时器的计时常数,方便地实现了移相控制,从而使可控硅斩波由大变小,实现调压调速目的。
由于是三相交流电源,故采用三相同步电路。
三相同步电源取自同步变压器的副绕组,经R C移相后使其过零点正好都对准6个自然换向点,再经3个电压比较器输出周期为20m s的三相方波同步信号,送至单片机。
由于同步信号跳变即为自然换向点,单片机检测这三位状态字,即可用程序认相,并做出 A、 B、 C的标志,以供 角定时和输出触发脉冲控制之用。
触发脉冲的形成可采用双窄脉冲触发功放电路,也可采用脉冲列触发功放电路。
为简化电路减少脉冲变压器体积,增强电路抗干扰能力,选用脉冲列触发方式较好。
其中6个触发信号经8155A口送出,由外部电路调制成频率为2k H z 的触发脉冲列,再经功放驱动电路分别通过6个脉冲变压器加到6个可控硅的控制极。
单片机数字触发控制器除用于产生可控硅触发脉冲例外,还用于检测各种模拟量输入,经处理后实现软启动开关内部和外部各种保护,以及各种控制操作功能。
3 开关控制回路应用微型可编程序控制技术
可编程序控制器选用了大规模集成电路和微处理器,并在硬件和软件方面采取了隔离和抗干扰措施,能适应恶劣的工作环境,具有很高的可靠性。
通过软件编程控制,能取代大量的控制继电器和实现多种控制功能,特别是对输入和输出的开关量控制,应用在交流软起动开关内,能取代启动及联锁模拟电路,大大简化控制回路,实现开关的近控和远控启动停止、联机顺控、点动及复位控制;实现输出为开关量的所有保护跳闸闭锁等功能;实现内部各器件间控制及外部设备联锁控制;具有各种工作及故障状态显示、自动检测及计数功能。
4 实用效果
1999年在西山煤电集团公司西曲矿开始应用了交流软启动开关,并在综采工作面进行了长期试验,取得了良好的效果。
在西曲矿综采一队12502工作面将两部带式输送机拆掉极易损坏的液力联轴器,换上软启动开关,用电气软启动代替液力启动方式,另在综采三队工作面转载机和北五集中巷带式输送机也改用软启动开关。
通过这几年运行试验探索表明,软启动开关故障很少,有两台各出现一次故障,而其它一直未出现任何毛病,而且平时很少维护。
仅消除液力偶合器频繁损坏一项,每年能为西曲矿节约配件费30万元以上,同时避免了事故发生,提高了生产效率。
自行开发的软启动开关在综采一队12502工作面刮板输送机上作了试验。
工作面刮板输送机属于超重载、冲击大、频繁启动和条件最恶劣的设备,平时最易出故障。
改用软起动开关后,由原来使用两台双速电机、双趟电缆模式改为单电机单电缆供电系统,简化了电气系统,且仅此一项就可减少初期投资20万元。
经过出煤运行试验,软启动开关的平滑起动加速方式大大优于双速电机的由低速向高速切换方式的启动性能,消除了机械冲击,加大了启动转矩。
(收稿日期:2006-07-17)
文章编号:1001-0874(2006)06-0094-02
CAN总线在采煤机监控
系统中的应用
侯勇涛,邱锦波,秦亮
(煤炭科学研究总院上海分院,上海200030)中图分类号:TN919.2 文献标识码:B
1 问题的提出
目前,采煤机装机功率不断增大,其装备和维护费用也越来越高。
除了原有的控制操作和保护动作之外,采煤机监测控制系统记录和存储大量的运行过程数据,现要求实时反映给工作面操作人员,甚至传输到地面监控室,这就对监测控制系统提出了更高的要求。
同时,已采用的以PLC为中心的采煤机电控系统中,各种传感器信号经过多次中转接线集中进入PLC处理,强电与弱电同时分布在同一个腔体中不可避免地增加了干扰,使之误动作和信号波动时有发生。
CAN(Con tro lA rea N et wo rk)控制器局域网是一种串行数据通信总线,其主要优点为:数据通信可靠、实时、灵活,信号统一性好,容易实现模块化、标准化设计,降低了设计、安装和维护费用。
采用现场总线方式,实际布线只需要一条双芯电缆即可,既便于对通讯线进行特殊的保护,又方便扩展。
2 系统结构组成
本系统总体构成如图1所示。
系统由一个主节点单元和七个副节点单元组成。
主节点单元主要完成监控保护、紧急停机等重要级别相对较高的任务,平板显示器来显示机器当前的运行状态;副节点单元包括左端头操作站、右端头操作站、机身左侧信号监测站、机身右侧信号监测站、遥控控制处理单元、动力系统监测站和运行数据记录单元。
各副节点分别负责采集不同的信号并进行处理,然后通过现场总线与主节点单元通信,将现场信号的处理结果传给主节点单元,并接收主节点传来的数据和
图1 采煤机监测控制系统组成图
命令,执行相应的信号指令,存储数据或控制相应的继电器、电磁阀动作。
(1)主节点单元
主节点单元原理如图2所示。
图中中央处理器采用TM S320LF2407,该型号DSP 控制器将实时处理能力和控制器外设功能集于一身,除了片内高达32K 字的FLA S H 程序存储器和高速的运算能力外,片内集成的高速10位A /D 转换器、串行通讯接口(SC I)、16位的串行外设接口模块(SP I)和控制器局域网络(CAN )2.0模块等众多扩展功能,为控制系统应用提供较理想
的解决方案。
图2 主节点单元原理图
开关信号通过光电隔离后进入CPU 的数字输入端口,停机和保护动作由数字量输出端口输出,经光电隔离后,控制相应的继电器动作。
牵引电流、截割电流等需要采样后参与保护功能的重要模拟量,经过隔离放大电路后进入A /D 转换后参与控制。
液晶显示器可以随时显示当前机器的工作状态或故障诊断时查看数据。
C AN 驱动器选用PCA82C250,此器件对C AN 总线提供差动发送能力,又对CAN 控制器提供差动接收能力,具有限流电路和热保护功能。
(2)副节点单元
副节点处理的数据量较小,功能单一。
在设计过程中,核心部分在硬件上保持统一,便于生产和安装调试。
副节点单元原理示意图如图3所示。
CPU 芯片采用8位高性价比的微控制器ATM EGA8,它具有8路模拟量输入通道的10位A /D 转换器和两级优先权的15个中断源。
CPU 利用自带的ADC 将采集传感器的各种模拟信号转换成数字信号,经CAN 部件送至系统主节点,并接收主节点传来的输出信号,
控制相应继电器和电磁阀。
图3 副节点单元原理图
3 结语
CAN 总线已成功应用于天地科技股份有限公司上海分公司生产的大功率采煤机上,经实际运行,充分发挥了数据通信高可靠性、灵活性以及线路连接简单、布线简洁等突出优点,取得了良好的社会和经济效益。
系统中的主节点和副节点单元的电路设计非常适合于大批量的标准化生产,进一步提高了系统的可靠性。
(收稿日期:2006-08-04)
文章编号:1001-0874(2006)06-0095-02
立井延深后更换主钢丝绳的方法
杨行
(皖北煤电集团任楼煤矿,安徽淮北235123)中图分类号:TD 532 文献标识码:B
任楼煤矿副井为立井,副井2#提升机为塔式多绳摩擦轮提升机,1个1t 双层4车宽罐带平衡锤提升,井筒于2004
年5月延深至-720m 第二水平。
2006年8月需要对现用的主提升钢丝绳进行更换。
如果采用传统的换绳方法!!!旧绳带新绳一次全部更换完(即:用长板卡和钢丝绳卡把新绳固定在相应的旧绳上,开动绞车把新绳带下去,到位后做好两个容器的勾头用新绳把旧绳替换掉,再反向开动绞车用新绳把旧绳带上来进行回收,这样一个提升循环就可以实行新、旧绳的更换。
),6根旧绳带6根新绳到-720m 水平后,其载重量超标,不能满足安全提升的要求,故必须采用新的换绳方法对主提升钢丝绳进行更换。