基于CAN總線技術(shù)礦用電機監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

孫文靜

【摘要】 為保證礦用電機的安全運行，滿足智能化礦井的發(fā)展要求，本文在分析煤礦安全生產(chǎn)形勢和CAN現(xiàn)場總線通訊技術(shù)基礎(chǔ)上，設(shè)計了礦用電機監(jiān)測系統(tǒng)。監(jiān)測系統(tǒng)通過CAN通訊技術(shù)將高精度傳感器采集礦用電機電壓、電流和扭矩等信息反饋給上位機，上位機對電機參數(shù)進行分析處理，實現(xiàn)礦用電機的實時監(jiān)測。

【關(guān)鍵詞】 煤礦 電機 CAN 監(jiān)測系統(tǒng)。

隨著我國經(jīng)濟的快速增長，對能源的依賴程度越來越高，在國家能源工作會議上，制定到2015年國家煤炭消耗控制在40億噸左右的目標(biāo)。我國煤礦安全生產(chǎn)整體形勢持續(xù)好轉(zhuǎn)，安全生產(chǎn)事故和百萬噸死亡數(shù)逐漸下降，但隨著開采深度和強度的增加，開采工作環(huán)境變得越來越復(fù)雜，對煤礦電網(wǎng)和電氣設(shè)備安全性提出了越來越高的要求。礦用電機是煤礦生產(chǎn)重要的設(shè)備，其性能好壞直接關(guān)系到井下安全生產(chǎn)工作能否順利開展。

一、現(xiàn)場總線技術(shù)

1.1 CAN總線

現(xiàn)場總線技術(shù)是當(dāng)今自動化領(lǐng)域研究的熱點之一，為分布式控制系統(tǒng)各個節(jié)點之間實時、可靠通訊提供強有力的技術(shù)支持。CAN是控制局域網(wǎng)絡(luò)（Control Area Network，CAN）的簡稱，是一種能夠支持分布式控制或?qū)崟r通訊的串行通訊總線。近年來CAN總線憑借其結(jié)構(gòu)簡單、高可靠性、靈活性強和良好的錯誤檢測能力，被廣泛運用到汽車系統(tǒng)通訊、電氣設(shè)備檢測和電網(wǎng)監(jiān)測等技術(shù)領(lǐng)域。

1.2 eCAN模塊

eC28x處理器的CAN控制器為CPU提供完整的CAN協(xié)議，減少了通信時CPU的開銷。eCAN控制器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是32位的，主要由CAN協(xié)議內(nèi)核（CPK）和消息控制器構(gòu)成。CAN協(xié)議內(nèi)核接受到有效的消息后，消息控制器的接收控制單元確定是否將接收到的消息存儲郵箱存儲器中。接收控制單元檢查消息的狀態(tài)、標(biāo)識符和所有消息對象的濾波，確定相應(yīng)郵箱的位置，接收到的消息經(jīng)過接收濾波后存放到第一個郵箱。

二、監(jiān)測系統(tǒng)硬件設(shè)計

礦用電機監(jiān)測系統(tǒng)按照CAN總線的拓?fù)錂C構(gòu)進行設(shè)計，監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)設(shè)計時采用模塊化思想，分別設(shè)計下位機數(shù)據(jù)采集模塊、CAN總線通訊模塊和上位機數(shù)據(jù)顯示模塊。CAN總線通訊模塊由CAN物理總線、匹配電阻和CAN通訊接口組成，實現(xiàn)下位機數(shù)據(jù)采集模塊和上位機數(shù)據(jù)線數(shù)模塊之間的數(shù)據(jù)通訊。為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，在CAN兩條物理總線之間串聯(lián)匹配電阻，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院头€(wěn)定性。DSP內(nèi)部的CAN模塊是一個功能完全的CAN控制器，包括傳送數(shù)據(jù)信息處理、接收管理和幀存儲功能，支持標(biāo)準(zhǔn)幀和擴展幀兩種格式。

在TMS320F2335內(nèi)部集成了增強型eCAN通信模塊，所以設(shè)計CAN通訊接口電路時特別簡單，選用CTM8251T作為CAN控制器與物理總線的接口芯片。將DSP的CAN控制器的收發(fā)信號CANTX、CANRX經(jīng)具有隔離功能的收發(fā)器CTM8251T連接到CAN物理總線。CTM8251T具有增大系統(tǒng)的通信距離、提高瞬間抗干擾能力、降低射頻干擾等功能，是CAN通訊接口芯片的理想選擇。

三、監(jiān)測系統(tǒng)軟件設(shè)計

硬件電路是監(jiān)測系統(tǒng)的核心，軟件程序是監(jiān)測系統(tǒng)的靈魂。礦用電機監(jiān)測系統(tǒng)的軟件程序只要實現(xiàn)對硬件采集的數(shù)據(jù)進行運算、傳輸、顯示和存儲，主要包括下位機數(shù)據(jù)采集程序、CAN總線程序和上位機數(shù)據(jù)顯示程序。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件主程序首先對DSP的寄存器和時鐘進行初始化，然后設(shè)置事件管理器、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，最后采集傳感器的輸出信號，并對數(shù)據(jù)進行處理，將數(shù)據(jù)通過CAN總線發(fā)送到上位機。

四、結(jié)論

通過對煤礦安全生產(chǎn)現(xiàn)狀和CAN總線技術(shù)的分析，設(shè)計基于CAN總線的礦用電機監(jiān)測系統(tǒng)，分別對系統(tǒng)的硬件電路和軟件程序進行設(shè)計?；贑AN總線的礦用電機系統(tǒng)具有靈敏度高、實時性好和穩(wěn)定性強等特點，為礦用電機的安全運行提供保證。

參考文獻

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