淺析CAN總線技術在采煤機監(jiān)控系統(tǒng)設計中的運用

韓哲

摘 要：現(xiàn)在煤礦生產已經(jīng)逐步實現(xiàn)了自動化開采。利用數(shù)字化技術形成全面、有效的監(jiān)控系統(tǒng)，做好對采煤機的全程監(jiān)控，掌握各項技術參數(shù)，能夠提高采煤機的運行效率。簡要分析了CAN總線技術在采煤機監(jiān)控系統(tǒng)設計中的應用方式。

關鍵詞：CAN總線技術；采煤機；監(jiān)控系統(tǒng)；通信系統(tǒng)

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.22.146

就我國煤礦開采生產現(xiàn)狀來看，雖然應用了很多新型技術，但從整體上來看，依然存在較多問題。以采煤機監(jiān)控系統(tǒng)為例，目前大部分煤礦仍采用人工定期觀測的方式，不但工人的工作量大，而且還存在檢測不及時和數(shù)據(jù)不同步的情況，導致采煤機的控制效果不佳。將CAN總線技術應用于采煤機監(jiān)控系統(tǒng)，通過礦用智能傳感器來收集各項參數(shù)，能為煤礦的安全生產打好基礎。

1 采煤機監(jiān)控系統(tǒng)概述

1.1 監(jiān)控系統(tǒng)

在煤礦開采施工中，存在多種影響因素。為保證各生產環(huán)節(jié)的順利進行，可以通過監(jiān)控系統(tǒng)來收集采煤機運行的各項數(shù)據(jù)，將其作為安全生產管理的基礎。采煤機監(jiān)控系統(tǒng)主要分為地面與井下兩部分，是以CAN總線型結構為基礎的微機監(jiān)控系統(tǒng)。其中，地面部分包括工控機、CAN總線適配卡和GPRS發(fā)射模塊；井下部分由多個分站組成，包括單片機P87C591、傳感器、執(zhí)行器和CAN總線驅動器TAJ1050等。井下分站數(shù)量較多，單片機是核心部分，主要負責各項數(shù)據(jù)的采集，并實現(xiàn)執(zhí)行器與上位機的遠程通訊，傳輸CAN總線命令。在整個監(jiān)控系統(tǒng)中，CAN總線適配卡起著控制作用，能夠以數(shù)據(jù)塊的方式將采集到的各項數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C構件，并完成上位機與下位機之間數(shù)據(jù)的交換。

1.2 GPRS通信系統(tǒng)

在監(jiān)控系統(tǒng)中，無線網(wǎng)絡模塊的主要部分，即GPRS通信的主要作用是與上位機串行接口通信，完成各項監(jiān)控數(shù)據(jù)的傳輸。整個數(shù)據(jù)傳輸由擁有固定IP地址的政府監(jiān)控中心計算機通過移動公司提供的專線接入，并成功登錄到Internet。GPRS模塊登錄則需要登錄到GPRS網(wǎng)絡，利用GGSN網(wǎng)關進入到Internet網(wǎng)絡，確定與監(jiān)控中心相互連接的計算機IP實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換，以監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳輸。

1.3 政府監(jiān)控系統(tǒng)

對于政府監(jiān)控系統(tǒng)來說，在設計上不需要設置GPRS模塊，可以采取寬帶ADSL上網(wǎng)的模式實現(xiàn)與采煤機監(jiān)控系統(tǒng)的連接與數(shù)據(jù)傳輸，但必須要有固定的IP地址。設計該系統(tǒng)時，需要在此系統(tǒng)中心設置一臺具有規(guī)定IP地址的計算機作為服務器，并接收、分析、處理、保存和打印每個分散礦井的生產數(shù)據(jù)，作為確定煤礦生產安全性的主要依據(jù)。同時，如果想要實現(xiàn)對煤礦開采的遠程控制，就要連接監(jiān)控主機和服務器，并連接GPRS和Internet網(wǎng)，隨時掌握采煤機運行的各項生產參數(shù)。

2 基于CAN總線的采煤機監(jiān)控系統(tǒng)設計

2.1 軟件系統(tǒng)設計

利用智能傳感器來完成監(jiān)控系統(tǒng)的設計，例如TKstudio智能傳感器，能滿足大部分主流內核支持工作的需要，系統(tǒng)操作界面相對簡單，更便于操作人員掌握。另外，該系統(tǒng)還有提示和代碼模板功能，能夠進一步提升編碼的準確度和速度，并且其原型比對功能在實際應用中效果更佳，能夠完善處理工程管理內容。智能傳感器基本上都有強大的專業(yè)編輯器，通過合理開發(fā)與應用代碼智能格式化和折疊列編輯功能，可以更好地設計、優(yōu)化監(jiān)控系統(tǒng)，提高其應用效果。CAN節(jié)點程序設計主要包括初始化子程序、發(fā)送子程序和接收子程序，需要結合實際情況做好各對應子程序的設計。

2.2 硬件系統(tǒng)設計

2.2.1 主控芯片

智能傳感器的主要作用是實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、處理和交換，并且自身具有微處理機?；诖?，在設計智能傳感器時，對于硬件系統(tǒng)部分，首先應選擇好主控芯片構件，例如8位單片機MEGA16L。單片機L有5個復位源，即上電復位、外部復位、低電壓復位、看門狗復位和JTAG復位等，是現(xiàn)在比較常用的一種。

2.2.2 顯示存儲

對于采煤機監(jiān)控系統(tǒng)來說，系統(tǒng)應用的智能傳感器顯示屏為數(shù)碼管，而存儲器則選擇用鐵電存儲器FM24C256。該存儲器利用先進的鐵電技術制作而成，為256位非易失性存儲器，具有快速讀寫的功能，即使數(shù)據(jù)掉電后，還可以保存一段時間，實際應用效果良好。

2.2.3 復位電路電源

為確保監(jiān)控系統(tǒng)的正常運行，減少生產過程中出現(xiàn)的各類故障，必須選擇性能良好的復位電路電源，例如本安防爆電源，其輸入電壓為15 VDC，輸出電壓為24 VDC，采用了整流橋設計方式來避免安裝時電源極性被反接，提高了監(jiān)控系統(tǒng)設計與運行的安全性。

2.2.4 數(shù)據(jù)采集

監(jiān)控系統(tǒng)應用的智能傳感器的模擬量電流信號為4～20 mA，在經(jīng)過1 000精密電阻處理后，信號被轉變?yōu)殡妷盒盘杺鬏數(shù)紸D引腳，同時，R4、C1構成RC低通濾波器。利用零電壓比較器LM3ll將輸出信號經(jīng)過光電耦合器隔離送往微處理器10端口，從而完成數(shù)據(jù)的采集。

2.2.5 CAN接口電路

利用SJA1000擴展處理CAN接口，CAN通訊供電隔離電源選用B0505S-1W的DCDC非穩(wěn)壓電源模塊，電氣隔離電壓為1 000 VDC，微處理器和接口光電隔離選用6N137光電耦合器，這樣隔離電壓最高可以滿足1 000 VDC要求。

3 結束語

基于CAN總線設計采煤機監(jiān)控系統(tǒng)，需要結合監(jiān)控系統(tǒng)的特點，確定設計要點，并通過不同角度的分析，選配合適的系統(tǒng)構件，提高系統(tǒng)運行的安全性和合理性。

參考文獻

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〔編輯：王霞〕