CAN總線技術煤礦安全論文

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1can總線與煤礦安全監控系統

CAN為串行通信協議，可有效支持分布實時控制，體現出較高的安全等級。CAN應用系統的設計要以CAN技術規范為基本依據，在任何兩個基于CAN總線的儀器之間建立兼容性，對傳輸層進行規范定義，在周圍各層當中將CAN協議的作用充分發揮出來。CAN的主要特點體現在以下幾個方面：（1）多主工作方式，即網絡上任意一節點在任意時刻均可向其它節點主動發送信息，各節點之間不存在主從關系；而報文標識符方面，CAN可以將各個節點分為不同優先級，可更好滿足不同的實時要求。（2）CAN采用非破壞總線仲裁技術，該技術可以保證網絡在負載較大的情況下保持穩定性；直接通訊距離可以速率低于每秒5kb的狀態下達到10km。（3）由于報文采用的是短幀結構，故不易受干擾，傳輸時間短；CAN總線驅動器電路決定了網絡中的節點數。（4）CAN每幀信息均有CRC校驗及其它檢錯措施，這些可靠的檢錯措施組成了系統可靠的錯誤處理及糾錯機制。即使錯誤非常嚴重，CAN也具備自動關閉輸出功能；發送的信息遭到破壞后可自動重發。由此可見，與一般的通信總線相比，CAN采用了許多新技術及新設計，體現出較強的可靠性、實時性及靈活性。在煤礦安全監控管理中應用CAN總線技術，可以實現對任意一路CAN任意節點的檢測、配置、組態，系統中的傳感器、控制器、執行器均為互相獨立的節點，真正做到分散控制、互相通信。

2基于CAN總線技術的煤礦安全監控系統設計

基于CAN總線技術的煤礦安全監控系統共包括三大部分，即煤礦安全監控智能決策與管理系統、礦井網關及多礦井分布式監控子網絡，下文分別進行介紹：

2.1煤礦安全監控智能決策與管理系統

煤礦安全監控智能決策與管理系統采用實時在線智能管理控制系統—因特摩系統來實現，其將包含了專家系統、智能搜尋器、自動機器翻譯及計算機視覺等技術的智能系統與因特網、通信技術、自動化技術、實時數據處理技術及數據庫技術等結合在一起，實現對工業生產現場的智能監控。在煤礦安全生產中應用因特摩技術，可獲取更多事故預報的私有知識，以起到預報事故的作用，為安全生產管理者提供更多的參考信息，提高決策管理的針對性，將事故控制在萌芽狀態。該模塊包括分站監控機、主監控機及分布式系統，井下數據采集系統主要負責采集工作現場的實時數據，經網關提交至各分站監控機智能決策及管理系統，分站監控機分析后，將處理過的信息提交至主監控機與服務器，最終得出相關決策及措施，對應設備接收到相關控制信息后做出反應，實現礦井安全的智能決策與管理。

2.2礦井網關

礦井網關的主要作用是連接以太網及CAN總線。此處采用AT75C220芯片，該芯片具有兩個以太網接口，并具備語音處理功能；該芯片嵌入網關，CAN總線通過網關連接以太網，由此可見，該模塊中AT75C220處理器是關鍵部分。該芯片具有雙MAC以太網端口及橋接器，用于連接以太網，其DSP語音處理功能可在以太局域網中接入電話。CAN控制器選擇菲利浦公司生產的SJA1000、PCA82C250，其支持CAN2.0B通信協議，可實現對總線的差動發送及對CAN控制器的差動接收。以太網TCP/IP協議與CAN協議的轉換是通過AT75C220芯片在網絡層完成的，并通實現以太網與CAN總線網絡的通信及互聯。以太網接收IP包，拆包后取出數據，再按照CAN通信協議重新組成幀，發送至接入設備。通過該網關即可實現CAN總線設備與以太網的通信。

2.3井下分布式控制子網

井下分布式控制子網是整個煤礦安全監控系統的核心部分，其包括數據采集系統、各類控制設備及報警設備及分站監控機通信系統。數據采集系統的主要作用是對井下生產及工作環境進行監測，獲得原始的現場數據，分站監控機通信系統的主要作用是將井下現場采集的數據與設備的運行狀態信息傳輸至井上。通過單片機、獨立CAN控制器所組成的接口模塊，井下數據采集設備、各類生產設備、安全設備、控制設備及報警設備等才可實現與CAN總線的通信。井下數據采集設備采集各安全指標模擬量及各個開關狀態量后，再通過CAN通信及接口模塊將這些數據發送至CAN總線；此外，通過CAN通信及接口模塊，井下生產設備及安全保障設備實現了與CAN總線與現場控制及報警器的連接，以便實時監控設備的運行狀態。

3結束語

總之，現有煤礦安全監控系統存在設備通信協議標準不統一、系統擴展及升級能力差的特點，CAN是一種有國際標準的現場總線技術更好地解決這一問題，實現了在監控節點多、分布廣、監控距離遠的情況下保證監控系統實時性的煤礦安全管理要求。

作者：李志勇 單位：天地（常州）自動化股份有限公司