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

孫文靜

【摘要】 為保證礦用電機(jī)的安全運(yùn)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(jì)了礦用電機(jī)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(jī)電壓、電流和扭矩等信息反饋給上位機(jī)，上位機(jī)對電機(jī)參數(shù)進(jìn)行分析處理，實(shí)現(xiàn)礦用電機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)測。

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

隨著我國經(jīng)濟(jì)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(huì)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(qiáng)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(jī)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(dòng)化領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一，為分布式控制系統(tǒng)各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間實(shí)時(shí)、可靠通訊提供強(qiáng)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(shí)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(qiáng)和良好的錯(cuò)誤檢測能力，被廣泛運(yùn)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(shí)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(chǔ)郵箱存儲(chǔ)器中。接收控制單元檢查消息的狀態(tài)、標(biāo)識(shí)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(gè)郵箱。

二、監(jiān)測系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

礦用電機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)按照CAN總線的拓?fù)錂C(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)采用模塊化思想，分別設(shè)計(jì)下位機(jī)數(shù)據(jù)采集模塊、CAN總線通訊模塊和上位機(jī)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(shí)現(xiàn)下位機(jī)數(shù)據(jù)采集模塊和上位機(jī)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(gè)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(chǔ)功能，支持標(biāo)準(zhǔn)幀和擴(kuò)展幀兩種格式。

在TMS320F2335內(nèi)部集成了增強(qiáng)型eCAN通信模塊，所以設(shè)計(jì)CAN通訊接口電路時(shí)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(jì)

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(jī)監(jiān)測系統(tǒng)的軟件程序只要實(shí)現(xiàn)對硬件采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算、傳輸、顯示和存儲(chǔ)，主要包括下位機(jī)數(shù)據(jù)采集程序、CAN總線程序和上位機(jī)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(shí)鐘進(jìn)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(jìn)行處理，將數(shù)據(jù)通過CAN總線發(fā)送到上位機(jī)。

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(jì)基于CAN總線的礦用電機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)，分別對系統(tǒng)的硬件電路和軟件程序進(jìn)行設(shè)計(jì)?；贑AN總線的礦用電機(jī)系統(tǒng)具有靈敏度高、實(shí)時(shí)性好和穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)，為礦用電機(jī)的安全運(yùn)行提供保證。

參考文獻(xiàn)

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