基于現(xiàn)場總線的煤礦提升信號系統(tǒng)研究

【摘 要】本文針對目前以PLC為控制核心的煤礦提升信號系統(tǒng)存在問題，提出了采用CAN現(xiàn)場總線技術(shù)進行煤礦提升信號傳輸?shù)男路椒?。指出了CAN總線技術(shù)在煤礦井下環(huán)境使用的優(yōu)點。介紹了應(yīng)用89C51為核心和總線接口芯片SJA1000、CAN總線收發(fā)器82C250組成的基于CAN總線通信協(xié)議的煤礦提升信號傳輸系統(tǒng)，并闡述了傳輸系統(tǒng)的硬件電路及控制軟件的實現(xiàn)方法。

【關(guān)鍵詞】煤礦提升信號；信號通信；CAN現(xiàn)場總線

0 引言

礦井提升機常被人們稱為礦山的咽喉，是礦山最重要的關(guān)鍵設(shè)備，是地下礦井與外界的唯一通道，肩負著礦石、物料、人員等的重要運輸責(zé)任。傳統(tǒng)礦井提升機主要使用PLC為控制核心。隨著煤礦開采水平的延伸，煤礦安全控制設(shè)備的增加，控制信號種類、數(shù)量急劇增加，造成設(shè)備安裝、調(diào)試、維修十分困難，同時還常引起信號之間的干擾，造成設(shè)備的誤動作。CAN總線技術(shù)是目前工業(yè)控制領(lǐng)域數(shù)據(jù)通訊的新方法，CAN總線網(wǎng)絡(luò)以兩線制數(shù)字串行通信，具有很高的抗干擾能力、很好的差錯控制能力，應(yīng)用CAN總線新技術(shù)替代PLC并行信號通訊方法，可以大大地減少了信號線數(shù)量，提高提升信號質(zhì)量，降低信號裝置安裝難度，減少線路投資，提高線路的可維護性。采用CAN總線煤礦提升信號裝置對提高煤礦安全生產(chǎn)水平，提高生產(chǎn)率，具有重要的現(xiàn)實意義。

1 CAN總線煤礦提升信號裝置的特點

煤礦提升信號的特點是控制信號多、通訊距離長、控制邏輯復(fù)雜，CAN總線煤礦提升信號裝置采用89C51嵌入式微處理器為核心，89C51具有良好的軟件邏輯判斷、強大的計算能力及方便的顯示功能，可以很好的完成提升機房與井口和井信號操車控制臺的信號通訊，實現(xiàn)對提升信號進行接收、發(fā)送和交換任務(wù)。采用CAN總線串行通訊的方法對信號進行整合處理，裝置線路簡單、安裝方便、具有較強的抗干擾能力，提高了煤礦的安全生產(chǎn)程度。

2 CAN總線煤礦提升信號系統(tǒng)的組成及操作站硬件電路設(shè)計

系統(tǒng)由煤礦提升機房信號操作站，井口操作站，水平信號操作站，井底信號操作站組成，操作臺之間由CAN總線網(wǎng)絡(luò)連接，系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

提升機操作站內(nèi)硬件由89C51單片機為控制核心，其承擔(dān)CAN控制器的初始化、CAN的收發(fā)控制等任務(wù)。它通過MAX232串行接口電路實現(xiàn)上位機與現(xiàn)場微處理器之間的數(shù)據(jù)通信。SJA1000是一個總線接口芯片，主要功能是通過CAN總線接收來自上位機的數(shù)據(jù)進行分析組態(tài)然后下傳給下位機的控制電路實現(xiàn)控制功能，當(dāng)CAN總線接口接收到下位機的上傳數(shù)據(jù)，SJA1000 就產(chǎn)生一個中斷，引發(fā)微處理器產(chǎn)生中斷，通過中斷處理程序接收每一幀信息并通過CAN總線上傳給上位機進行分析。82C250是CAN控制器與物理總線間的接口，可以提供對總線的差動發(fā)送和接收能力，與IS011898標準完全兼容，并具有抗汽車環(huán)境下的瞬間干擾、保護總線的能力。為了提高系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力，在CAN控制器和CAN收發(fā)器之間采用光耦6N137進行隔離?？梢院芊奖愕睦肅AN總線與外界進行數(shù)據(jù)交換。它的優(yōu)點是電路接口比較簡單，只需很少的外圍電路就可實現(xiàn)CAN通信，受硬件限制比較少；軟件編程容易實現(xiàn)所需功能。

各操作站信息通訊具有以下特點：（1）可靠性高，支持多操作站，鏈路簡單，并支持優(yōu)先級處理。（2）采用多主工作方式，網(wǎng)絡(luò)操作站上任意節(jié)點均可主動向其他節(jié)點發(fā)送信息，且可按系統(tǒng)實時性要求分成不同的優(yōu)先級，一旦發(fā)生總線沖突可減少總線仲裁時間。（3）采用短幀結(jié)構(gòu)并有硬件CRC校驗，受干擾概率低，總線占用時間短，可保證通信的實時性。（4）操作站發(fā)送的信息遭到破壞后，可自動重發(fā)，節(jié)點在錯誤嚴重時具有自動退出總線的功能，不影響總線的通訊。（5）其傳輸介質(zhì)可用雙絞線、同軸電纜或光纖，通信速率最高達1Mbps/40m和5Kbps/10km。（6）單條總線可接多個操作站節(jié)點并可通過網(wǎng)橋方便地擴充節(jié)點數(shù)，與井下網(wǎng)絡(luò)進行聯(lián)絡(luò)通訊。如圖2所示，操作站硬件電路由89C51單片機、CAN通信信號處理器82C250、總線接口芯片SJA1000、報警器組成。系統(tǒng)由CAN總線信號處理器82C250與總線接口芯片SJA1000、MAX232串口轉(zhuǎn)換芯片實現(xiàn)與上下操作站進行信息聯(lián)絡(luò)，完成提升信號系統(tǒng)功能。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件由CAN總線信息處理部分、控制信號信息處理部分、LCD信息處理部分、89C51單片機、CAN通信信號處理器82C250、總線接口芯片SJA1000、MAX232串口轉(zhuǎn)換芯片。（1）CAN總線信息處理部分：主要包括CAN初始化程序、CAN中斷服務(wù)程序、CAN數(shù)據(jù)采集接收發(fā)送程序。（2）控制信號信息處理部分：主要包括系統(tǒng)初始化程序、輸入按鍵防抖動程序、輸入信號數(shù)字濾波程序、信號邏輯處理程序、系統(tǒng)優(yōu)化程序、CAN接口程序。（3）89C51單片機與PC機RS232串行通訊部分：主要包括89C51單片機異步收發(fā)通訊程序、應(yīng)用VB6.0編寫的PC機串口通訊程序及顯示界面程序。

4 結(jié)束語

應(yīng)用CAN現(xiàn)場總線技術(shù)進行煤礦提升信號系統(tǒng)技術(shù)更新，改變了過去礦井提升信號并行通訊方法，簡化了系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，安裝維護更為簡單方便，提高了煤礦提升信號系統(tǒng)的安全性。系統(tǒng)多節(jié)點通訊網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)結(jié)構(gòu)、高速率長距離的傳輸特性，解決了煤礦開采水平的向下延伸、礦井多水平開采、控制信號數(shù)量急劇上升的問題。

[責(zé)任編輯：楊玉潔]