基于以太网和CAN总线技术的矿井皮带运输监控系统研究

摘 要：目前大多数煤矿采用多种皮带检测装置对胶带输送机进行监控与保护，本文从提高皮带运输监控系统的自动化水平出发，设计采用CAN总线将每条被检测皮带的实时状态、数据传输至监控分站，监控分站再将其收集的皮带状态信息处理后传送至通讯分站，通讯分站通过工业以太网将采集到的数据上传至井上计算机。并采用组态软件设计系统操作界面，以实现矿井皮带运输监控系统的实时监控。

关键词：皮带监控；CAN总线；监控分站；工业以太网；组态软件

中图分类号：TP273 文献标识码：B

现有矿井皮带运输监控系统存在诸多不足，如检测信息误报率大、系统故障率高、系统界面人性化不足等，这些问题制约矿井皮带运输监控实时、精准、高效、稳定的发展。本文依据当今煤矿开采工业的实际需要，分析了现有的矿井皮带运输监控系统，利用现在比较成熟的CAN总线技术，并结合工业以太网通讯技术实现检测数据和控制命令的远距离传输。

1系统的整体结构

矿井皮带运输监控系统以性能稳定、误报率低矿井皮带检测仪器为基础，如：皮带速度传感器、跑偏开关、打滑检测装置、烟雾传感器、拉绳开关选择、撕裂开关、温度传感器。采用性能稳定，数据传输速度快、指令相应准确的监控分站实现检测数据和控制命令的转换、传输，并采用工控机作为系统的上位机，以完成对所监控皮带进行实时数据显示、处理、记录以及控制。

矿井皮带运输监控系统由井上和井下这两部分构成。井下部分的检测包括监控分站、转发器、工业以太网交换机，井上含有远程数据传输接口和控制中心上位机。矿井皮带运输监控系统系统整体结构示意如图1所示。

由系统整体结构示意图可见，将皮带状态检测仪器安装在皮带需要检测的位置，其检测的数据信号经CAN总线传输监控分站上，监控分站通过检测数据来判断是否启停皮带，监控分站通过控制变频器实现对皮带的启停控制。监控分站将收集的数据处理后经过CAN总线上传至通讯分站，每个通讯分站负责收集和处理与其相连的监控分站上传的数据，一般情况一个通讯分站负责采集一条皮带的检测数据，通讯分站通过Nport数据转发器将检测到的巷道顶板离层和矿压数据送至以太网。工业以太网的终端的节点与地面控制中心的上位机相连，进而实现井下检测数据在上位机上的实时显示。

2系统的CAN总线通讯设计

每条皮带上各检测仪器、监控分站和通讯分站作为CAN总线节点，其通过CAN总线实现数据的传输。CAN总线节点包含CAN总线收发器和CAN网络控制器，其中CAN总线收发器实现CAN总线通信协议中数据链路层协议，CAN网络控制器实现CAN总线物理层协议。监控分站包括微控制器、通信接口、信号输入、电源模块电路。

通讯分站起到把从监控分站接收的输入信号进行数据处理的作用。然后把数据经转换器传送给工业以太网网络。该分站包括微控制器、通信接口、信号输入、电源变换、复位等电路。通讯分站系统的设计原理是通过对AT89C52的编程来实现数据的接受和发送。

3系统的工业以太网通讯设计

以太网中连入网络的节点均需要通过以太网交换机与监测服务器建立通讯连接并进行交换数据，使用者可以根据实际监测系统的大小以及数据传输量选择相应的交换机。以太网还可以接入其它类型的监测仪表，从而保证视同的灵活性。

4上位机远程监控系统的设计

根据该系统的特点对其进行组态，本系统运用西门子WinCC组态软件实现了井下皮带运输的动态示意图、各参数的实时显示、系统设备的控制、报警输出、历史报警记录显示及打印等功能。

结语

本监控系统所采用的CAN总线和工业以太网作为检测数据传输的方式，两种通讯方式的结合比较新颖且具有较强的实用性，从模拟调试和试运行所采集的数据来看，达到了预期的效果。

参考文献

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