基于現(xiàn)場(chǎng)總線的煤礦提升信號(hào)系統(tǒng)研究

【摘 要】本文針對(duì)目前以PLC為控制核心的煤礦提升信號(hào)系統(tǒng)存在問(wèn)題，提出了采用CAN現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)進(jìn)行煤礦提升信號(hào)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(diǎn)。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(hào)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(shí)現(xiàn)方法。

【關(guān)鍵詞】煤礦提升信號(hào)；信號(hào)通信；CAN現(xiàn)場(chǎng)總線

0 引言

礦井提升機(jī)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(fù)著礦石、物料、人員等的重要運(yùn)輸責(zé)任。傳統(tǒng)礦井提升機(jī)主要使用PLC為控制核心。隨著煤礦開(kāi)采水平的延伸，煤礦安全控制設(shè)備的增加，控制信號(hào)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(shí)還常引起信號(hào)之間的干擾，造成設(shè)備的誤動(dòng)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(cuò)控制能力，應(yīng)用CAN總線新技術(shù)替代PLC并行信號(hào)通訊方法，可以大大地減少了信號(hào)線數(shù)量，提高提升信號(hào)質(zhì)量，降低信號(hào)裝置安裝難度，減少線路投資，提高線路的可維護(hù)性。采用CAN總線煤礦提升信號(hào)裝置對(duì)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(shí)意義。

1 CAN總線煤礦提升信號(hào)裝置的特點(diǎn)

煤礦提升信號(hào)的特點(diǎn)是控制信號(hào)多、通訊距離長(zhǎng)、控制邏輯復(fù)雜，CAN總線煤礦提升信號(hào)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(qiáng)大的計(jì)算能力及方便的顯示功能，可以很好的完成提升機(jī)房與井口和井信號(hào)操車控制臺(tái)的信號(hào)通訊，實(shí)現(xiàn)對(duì)提升信號(hào)進(jìn)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(duì)信號(hào)進(jìn)行整合處理，裝置線路簡(jiǎn)單、安裝方便、具有較強(qiáng)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(hào)系統(tǒng)的組成及操作站硬件電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)由煤礦提升機(jī)房信號(hào)操作站，井口操作站，水平信號(hào)操作站，井底信號(hào)操作站組成，操作臺(tái)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(jī)操作站內(nèi)硬件由89C51單片機(jī)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(guò)MAX232串行接口電路實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)微處理器之間的數(shù)據(jù)通信。SJA1000是一個(gè)總線接口芯片，主要功能是通過(guò)CAN總線接收來(lái)自上位機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析組態(tài)然后下傳給下位機(jī)的控制電路實(shí)現(xiàn)控制功能，當(dāng)CAN總線接口接收到下位機(jī)的上傳數(shù)據(jù)，SJA1000 就產(chǎn)生一個(gè)中斷，引發(fā)微處理器產(chǎn)生中斷，通過(guò)中斷處理程序接收每一幀信息并通過(guò)CAN總線上傳給上位機(jī)進(jìn)行分析。82C250是CAN控制器與物理總線間的接口，可以提供對(duì)總線的差動(dòng)發(fā)送和接收能力，與IS011898標(biāo)準(zhǔn)完全兼容，并具有抗汽車環(huán)境下的瞬間干擾、保護(hù)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(jìn)行隔離。可以很方便的利用CAN總線與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。它的優(yōu)點(diǎn)是電路接口比較簡(jiǎn)單，只需很少的外圍電路就可實(shí)現(xiàn)CAN通信，受硬件限制比較少；軟件編程容易實(shí)現(xiàn)所需功能。

各操作站信息通訊具有以下特點(diǎn)：（1）可靠性高，支持多操作站，鏈路簡(jiǎn)單，并支持優(yōu)先級(jí)處理。（2）采用多主工作方式，網(wǎng)絡(luò)操作站上任意節(jié)點(diǎn)均可主動(dòng)向其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，且可按系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求分成不同的優(yōu)先級(jí)，一旦發(fā)生總線沖突可減少總線仲裁時(shí)間。（3）采用短幀結(jié)構(gòu)并有硬件CRC校驗(yàn)，受干擾概率低，總線占用時(shí)間短，可保證通信的實(shí)時(shí)性。（4）操作站發(fā)送的信息遭到破壞后，可自動(dòng)重發(fā)，節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重時(shí)具有自動(dòng)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(dá)1Mbps/40m和5Kbps/10km。（6）單條總線可接多個(gè)操作站節(jié)點(diǎn)并可通過(guò)網(wǎng)橋方便地?cái)U(kuò)充節(jié)點(diǎn)數(shù)，與井下網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行聯(lián)絡(luò)通訊。如圖2所示，操作站硬件電路由89C51單片機(jī)、CAN通信信號(hào)處理器82C250、總線接口芯片SJA1000、報(bào)警器組成。系統(tǒng)由CAN總線信號(hào)處理器82C250與總線接口芯片SJA1000、MAX232串口轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)與上下操作站進(jìn)行信息聯(lián)絡(luò)，完成提升信號(hào)系統(tǒng)功能。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件由CAN總線信息處理部分、控制信號(hào)信息處理部分、LCD信息處理部分、89C51單片機(jī)、CAN通信信號(hào)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(hào)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(dòng)程序、輸入信號(hào)數(shù)字濾波程序、信號(hào)邏輯處理程序、系統(tǒng)優(yōu)化程序、CAN接口程序。（3）89C51單片機(jī)與PC機(jī)RS232串行通訊部分：主要包括89C51單片機(jī)異步收發(fā)通訊程序、應(yīng)用VB6.0編寫的PC機(jī)串口通訊程序及顯示界面程序。

4 結(jié)束語(yǔ)

應(yīng)用CAN現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)進(jìn)行煤礦提升信號(hào)系統(tǒng)技術(shù)更新，改變了過(guò)去礦井提升信號(hào)并行通訊方法，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，安裝維護(hù)更為簡(jiǎn)單方便，提高了煤礦提升信號(hào)系統(tǒng)的安全性。系統(tǒng)多節(jié)點(diǎn)通訊網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)結(jié)構(gòu)、高速率長(zhǎng)距離的傳輸特性，解決了煤礦開(kāi)采水平的向下延伸、礦井多水平開(kāi)采、控制信號(hào)數(shù)量急劇上升的問(wèn)題。

[責(zé)任編輯：楊玉潔]