基于CAN通信總線和模糊控制的礦井皮帶運輸在線監測系統

丁珂

（淮北礦業集團公司朔石礦業東部井保運區，安徽淮北235000）

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基于CAN通信總線和模糊控制的礦井皮帶運輸在線監測系統

丁珂

（淮北礦業集團公司朔石礦業東部井保運區，安徽淮北235000）

首先闡述了皮帶運輸系統的功能，然后針對目前對這一運輸系統的使用需求，結合有關控制理論與通訊技術，給出了一套先進的煤礦皮帶運輸監控系統。

自動化；煤礦皮帶運輸；模糊理論

引言

在大型煤礦的生產當中，為了方便煤炭的運輸，一般都要用到皮帶輸送機這一設備。通過使用縮短了生產當中用于運輸的時間，極大地提升了煤礦作業的效率。根據現階段對皮帶運輸系統的使用需求，以及考慮作業當中的操作步驟與監控的實際情況，采用先進的技術開發出了可分布進行管理的集中監控自動化系統；通過對該自動化系統的應用，消除了目前集散管理中在控制器方面的難點，使皮帶監控系統在實際使用當中具有更好的穩定性、操作性與通用性。

1　皮帶運輸系統的功能

這一系統的功能基本上有以下幾項：即設備的停止與啟動、監控工作狀態的全過程、及時發現問題并做適合的保護、以及各站之間進行語音通訊。詳細情況如下：1）設備的停止與啟動。系統可以按照現場指揮者的要求傳出具體信號，并通過相應的設備實現皮帶機的停止與啟動操作，包括特殊情況下急停的操作。這一系統的工作方式主要有兩種，即多機運行與獨機調試。2）監控全過程的工作情況。可以做到對設備工作有關參數進行全過程的監控，且可以及時調整設備的工作狀態與速度，以使整個系統能夠順利的工作。3）語音通訊功能。可以實現有關各站之間的實時語音通訊，其中包括輔助站和主站、分站和分站之間的通訊，極大的方便了各站間的聯系，并提升了整個系統的自動化水平。

2　ARM處理器硬件設備

這一處理器是屬于配合系統工作的設備，亦是影響系統正常工作的關鍵部分。隨著應用技術的不斷進步，該設備的主頻與以前相比也做了很大的改進，使主頻基本上超過了400 MHz，其處理器的技術水平在嵌入式領域來講，已是屬于最先進的，現在所用的處理器在系統里面發揮了重要的作用，一定會引領將來嵌入式技術的發展趨勢。

該處理器具有的優勢有以下五點：一是形狀輕巧、耗能少、作用大、所需費用低；二是同時支持兩種指令集，可應用的指令有16位與8位的；三是作業線的自動化程度高，工作迅速，實時性好，能達到符合的控制規定；四是其結構十分合理，操作簡潔；五是指令的大小處于一個恒定值。

3　控制器局域網（CAN）通信總線

該控制器局域網的建成極大地方便了信息的傳送。當總線里面的某一節點發出信息時，別的節點能夠進行接收，并可以對這些發來的信息做出一定的處理。且在信息被全部收到后，相應的節點能夠及時給出反應。該控制器局域網的控制主要含有以下三種不同類型：即遠程巾貞、數據幀、出錯中貞。1）第一種類型里面分6個位場，它們是巾貞起始、評價場、管理場、CRC場、反應場與傾結束。這種類型的結構比較穩定，性能好，而且在它的里面沒含信息場。2）第二種類型里面分7個位場，它們是起始場、評價場、管理場、信息場、CRC場、反應場與結束場。信息大小可為0。3）第三種類型里面分2個位場，有一個為出錯界定符，另一個是通過從各站傳來的錯誤標識累積而得。

4　在線監測系統的硬件結構

這一監控系統的硬件是由以下四項構成：它們分別是測試模塊、設備調速單元、語音通訊模塊、CAN通訊接口。其中設備調速選擇的是最為先進的算法，能將皮帶的傳送速度最大程度的控制規定值，若出現大于這個值的情況，會做出停機保護的處理。

測試模塊用于全過程監測這一系統的工作情況，它是監控系統的基礎部分，里面含有傳感器與行程開關。其中傳感器的穩定性、精準性和便于操作是選型的一個主要參考方面，在很大程度上影響著系統保護作用的實現，在該系統里面是非常關鍵的部件。

本系統中采用的速度傳感器為GS4（A）型，在它的里面含有設備支架、滾筒、速度測試變換器、磁鋼等部件。低電平與高電平分別小于0.5 V和大于11 V，發出的為電平信號，里面的電流小于10 mA，電壓為DC 12 V。磁鋼需要固定在滾筒上，它的數量一般是由設備轉速的情況來確定。在變換器里面設有電路板，板上設有速度調整按紐，可供調整的速度有3.5 m/s、2.5 m/s與1.5 m/s三種，支架起到固定整個傳感器的作用，經由調節支架上面的螺栓可改變它的位置。在設備的外殼上還裝有測試故障的按鈕，可及時發現問題。

在此系統里面對管理起關鍵作用的部分是ARM微控制器，它根據有關的信息，并采用適合的管理算法來傳出需要的管理信號，然后再傳出相應的開關信號，以及觸發有關的開關部件，這樣就使工作繞組變得暢通，電機也能夠開始穩定的運行，而且能對其工作情況進行全過程監測。

其中在驅動電路里面主要含有逆變器、濾波器與整流電路。本系統之中給定的是30 A/660 V三相不可控整流模塊，通過整流使設備運行獲得所需要的電流，以保障順利運行。因為通過整流的作用后，會出現脈動的情況，因此需要裝上濾波器，用以消除這種脈動的情況。由以往的運行可知，通常1 000 μ F的電解電容所對應的功率是1 000 W。因為本文給出的電機額定功率是320 kW，所以確定的電解電容是320 000 μ F。

對于監控系統之中所含有的模塊，須采用專門的程序進行設計，以確保這些模塊的使用功能，由功能上來看，模塊主要分兩類，即系統初始化模塊與信息采集分析模塊，前者的作用是：可以在啟動過程中調整微控制器系統資源，主要是進行控制器、時鐘、端口、串口的初始化，以及所有站點設備的初始化等。后者是系統控制器里面的關鍵部分，所以這一部分相對別的模塊來講，應處于較優先的地位，該模塊經由變更停止服務子程序來收到所需的有關信息。為了確保系統的實時性，在進行相關的取樣時，每一時間段取樣12點，也就是在達到50 Hz的頻率時，兩個相臨點間隔為1.67 m/s，并在子程序里面發起A/D轉換，然后將經由轉換所得到的信息存進RAM里面，且對所收到的信息做好前期的相關處理工作。在這一過程中，系統可進行一些別的操作，如信息分析、遠程語音聯系等。

5　通信模塊程序設計

在這一模塊里面主要具有三個方面的功能，即語音通信、總線通信與串口通信。RS-485發送信號的方式為平衡驅動與差分接收，這樣就不會受到信號地線的干擾，不僅增強了系統的抗干擾性，也增強了實時性。因此本系統控制主站和上位機之間的通信選擇通過RS-485實現。

6　結語

本文根據皮帶運輸監控系統的使用需求，結合嵌入式技術等一些先進的技術，對原來的皮帶運輸監控系統進行了全面改進，不僅使系統工作起來更迅速，而且運行的穩定性與過去相比也得到大幅提高。

（編輯：王慧芳）

Coal Mine Belt Transportation Online Monitoring System based on CAN Communication Bus and Fuzzy Control

Ding Ke
（Shuoshi Mining Western Well Delivery Area，Huaibei Mining Group Company，Anhui Huaibei 235 000）

This paper describes the function of the belt transport system.And for the demand of transport system，combined with related control theory and communications technology，this paper gives an advanced belt transport monitoring system.

automation；coal mine belt transportation；fuzzy theory

TP273

A

2095-0748（2015）22-0080-02

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2015.22.35

2015-10-15

丁珂（1986—），男，安徽淮北人，本科，技術員，研究方向：煤礦皮帶運輸系統。