CANopen在乳化液泵站中的應(yīng)用

劉順強(qiáng)

（山東能源肥礦集團(tuán)楊營能源公司，山東 梁山 272600）

CANopen在乳化液泵站中的應(yīng)用

劉順強(qiáng)

（山東能源肥礦集團(tuán)楊營能源公司，山東 梁山 272600）

乳化液泵站是煤礦井下綜采工作面的重要組成部分，我國的泵站電控系統(tǒng)大都采用了CAN總線的通信方式，安全可靠布線簡單。本文介紹楊營公司改造的乳化液泵站的所使用CANopen通信協(xié)議的情況，敘述了在使用時(shí)遇到的問題和解決辦法。

乳化液泵站；CANopen；SDO；PDO

1 前言

乳化液泵站是井下綜采工作面的主要設(shè)備之一，其質(zhì)量好壞直接影響這生產(chǎn)的效率。泵站的好壞受泵頭的直接影響，壓力的穩(wěn)定性又受電磁閥加卸載動(dòng)作速度的影響。國外的泵站對(duì)泵頭有齊全的保護(hù)措施，電磁加卸載動(dòng)作迅速。在這樣的背景下，楊營公司改造的乳化液泵站以進(jìn)口泵站為標(biāo)桿，在保護(hù)同樣齊全的條件下，采用CANopen的通信方式以減少接線，同時(shí)充分利用CANopen的技術(shù)特點(diǎn)以達(dá)到迅速控制電磁閥動(dòng)作的目的。

2 乳化液泵站控制系統(tǒng)分析

3柱塞的乳化液泵一般情況下大采高需要4泵2箱，其中3用1備。通常主泵的壓力范圍是290-315bar、從1為280-290bar、從2為260-280bar。程序必須能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的主從備，而不能認(rèn)為規(guī)定主從備，以滿足隨時(shí)改變主從備的需求。動(dòng)態(tài)的主從備就需要由主站控制器統(tǒng)一地進(jìn)行加卸載控制，控制邏輯不能固定在各個(gè)分站控制器中。

一個(gè)耗費(fèi)時(shí)間的事件就是系統(tǒng)壓力首先要傳輸?shù)街髡究刂破鳎髡具M(jìn)行計(jì)算然后將加卸載信號(hào)發(fā)送到泵頭分站。另外雖然CAN總線的安全行和可靠性是公認(rèn)的，但是依然存在著數(shù)據(jù)丟失的問題。CAN總線的特點(diǎn)是當(dāng)干擾到了某一分站，一個(gè)局部的錯(cuò)誤不會(huì)影響到整體。

此時(shí)主站會(huì)認(rèn)為已經(jīng)正確地發(fā)送了一幀數(shù)據(jù)，而其中一個(gè)泵頭分站正好受干擾而導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失，如果該信號(hào)正好為卸載信號(hào)，將引起嚴(yán)重的事故。

3 通信時(shí)間的協(xié)調(diào)

由于系統(tǒng)壓力傳感器的數(shù)據(jù)是至關(guān)重要的，因此需要一個(gè)快的傳輸速度。這里我們采用了傳輸方式255（異步傳輸），事件時(shí)間為60ms的TxPDO，以滿足迅速的數(shù)據(jù)發(fā)送要求。

為了避免迅速的數(shù)據(jù)變化淹沒總線，程序里采用定時(shí)的辦法，與時(shí)間相吻合。下面是代碼片段。

if（timer.Q==true）

{TxPDO1［0］=uSystemPress；

timer.Reset（）；}

這樣，再加上主站20ms的時(shí)間常數(shù)，系統(tǒng)在80ms就可以控制卸載閥動(dòng)作。實(shí)踐表明，這樣的速度能夠非常好的滿足泵站的工藝要求。

4 主站的事件時(shí)間

為了避免局部錯(cuò)誤造成數(shù)據(jù)丟失，進(jìn)而造成更嚴(yán)重的事故。一個(gè)可以利用的手段是面向連接的SDO通信方式，但是這種方法實(shí)時(shí)性差，通常很少用來進(jìn)行過程數(shù)據(jù)的傳輸。同樣地，主站也采用了事件時(shí)間，強(qiáng)迫主站150ms進(jìn)行一次數(shù)據(jù)傳輸。

利用PDO（過程數(shù)據(jù)對(duì)象）和SDO（服務(wù)數(shù)據(jù)對(duì)象）的特殊通信方式，解決CANopen協(xié)議在泵站控制應(yīng)用中局限性的方案?？梢詢煞N方式配合使用來滿足更復(fù)雜的功能需求，這樣可以有效提高CANopen在泵站控制中的靈活性和可靠性。

這樣，一個(gè)偶然的數(shù)據(jù)丟失會(huì)在150ms后重新接收到該數(shù)據(jù)。對(duì)于乳化液泵站來說150ms的偶爾一次（甚至是極為罕見）數(shù)據(jù)丟失不會(huì)存在什么事關(guān)安全的問題。如果是真的線路問題，CANopen的HeartBeat保護(hù)機(jī)制將會(huì)發(fā)揮作用。

利用時(shí)間和HeartBeat，我們將很好地保護(hù)管路，不會(huì)因?yàn)橐粋€(gè)通信的失誤而造成更嚴(yán)重的生產(chǎn)事故。

5 結(jié)論

至今，楊營公司改造的泵站已經(jīng)正常使用，剛開始出現(xiàn)的兩個(gè)關(guān)系到安全的問題都得到了很好的解決。充分利用好CANopen提供的事件時(shí)間是系統(tǒng)成功的關(guān)鍵，另外項(xiàng)目初期我們還嘗試過試用更高級(jí)的同步TxPDO傳輸方式，但是由于同步對(duì)象發(fā)生頻繁（一般為主站的循環(huán)中期），可以想象同步對(duì)象丟失的可能性更大，同步對(duì)象的丟失將導(dǎo)致CANopen從站發(fā)送緊急對(duì)象并復(fù)位。這在井下干擾嚴(yán)重的情況下使用，顯然是不合適的。

［1]CANopen Appl ication Layer and Communication Prof ile.CiA Draft Standard 301 V4.02 Date：13 February 2002.

［2]現(xiàn)場總線CANopen設(shè)計(jì)與應(yīng)用，（德）蔡豪格.北京航空航天大學(xué)出版社，2011-07-01.

劉順強(qiáng)（1982—），男，畢業(yè)于山東科技大學(xué)控制理論與控制工程專業(yè)，現(xiàn)從事機(jī)電管理技術(shù)工作。