CAN总线技术煤矿安全论文

1CAN总线与煤矿安全监控系统

CAN为串行通信协议，可有效支持分布实时控制，体现出较高的安全等级。CAN应用系统的设计要以CAN技术规范为基本依据，在任何两个基于CAN总线的仪器之间建立兼容性，对传输层进行规范定义，在周围各层当中将CAN协议的作用充分发挥出来。CAN的主要特点体现在以下几个方面：（1）多主工作方式，即网络上任意一节点在任意时刻均可向其它节点主动发送信息，各节点之间不存在主从关系；而报文标识符方面，CAN可以将各个节点分为不同优先级，可更好满足不同的实时要求。（2）CAN采用非破坏总线仲裁技术，该技术可以保证网络在负载较大的情况下保持稳定性；直接通讯距离可以速率低于每秒5kb的状态下达到10km。（3）由于报文采用的是短帧结构，故不易受干扰，传输时间短；CAN总线驱动器电路决定了网络中的节点数。（4）CAN每帧信息均有CRC校验及其它检错措施，这些可靠的检错措施组成了系统可靠的错误处理及纠错机制。即使错误非常严重，CAN也具备自动关闭输出功能；发送的信息遭到破坏后可自动重发。由此可见，与一般的通信总线相比，CAN采用了许多新技术及新设计，体现出较强的可靠性、实时性及灵活性。在煤矿安全监控管理中应用CAN总线技术，可以实现对任意一路CAN任意节点的检测、配置、组态，系统中的传感器、控制器、执行器均为互相独立的节点，真正做到分散控制、互相通信。

2基于CAN总线技术的煤矿安全监控系统设计

基于CAN总线技术的煤矿安全监控系统共包括三大部分，即煤矿安全监控智能决策与管理系统、矿井网关及多矿井分布式监控子网络，下文分别进行介绍：

2.1煤矿安全监控智能决策与管理系统

煤矿安全监控智能决策与管理系统采用实时在线智能管理控制系统—因特摩系统来实现，其将包含了专家系统、智能搜寻器、自动机器翻译及计算机视觉等技术的智能系统与因特网、通信技术、自动化技术、实时数据处理技术及数据库技术等结合在一起，实现对工业生产现场的智能监控。在煤矿安全生产中应用因特摩技术，可获取更多事故预报的私有知识，以起到预报事故的作用，为安全生产管理者提供更多的参考信息，提高决策管理的针对性，将事故控制在萌芽状态。该模块包括分站监控机、主监控机及分布式系统，井下数据采集系统主要负责采集工作现场的实时数据，经网关提交至各分站监控机智能决策及管理系统，分站监控机分析后，将处理过的信息提交至主监控机与服务器，最终得出相关决策及措施，对应设备接收到相关控制信息后做出反应，实现矿井安全的智能决策与管理。

2.2矿井网关

矿井网关的主要作用是连接以太网及CAN总线。此处采用AT75C220芯片，该芯片具有两个以太网接口，并具备语音处理功能；该芯片嵌入网关，CAN总线通过网关连接以太网，由此可见，该模块中AT75C220处理器是关键部分。该芯片具有双MAC以太网端口及桥接器，用于连接以太网，其DSP语音处理功能可在以太局域网中接入电话。CAN控制器选择菲利浦公司生产的SJA1000、PCA82C250，其支持CAN2.0B通信协议，可实现对总线的差动发送及对CAN控制器的差动接收。以太网TCP/IP协议与CAN协议的转换是通过AT75C220芯片在网络层完成的，并通实现以太网与CAN总线网络的通信及互联。以太网接收IP包，拆包后取出数据，再按照CAN通信协议重新组成帧，发送至接入设备。通过该网关即可实现CAN总线设备与以太网的通信。

2.3井下分布式控制子网

井下分布式控制子网是整个煤矿安全监控系统的核心部分，其包括数据采集系统、各类控制设备及报警设备及分站监控机通信系统。数据采集系统的主要作用是对井下生产及工作环境进行监测，获得原始的现场数据，分站监控机通信系统的主要作用是将井下现场采集的数据与设备的运行状态信息传输至井上。通过单片机、独立CAN控制器所组成的接口模块，井下数据采集设备、各类生产设备、安全设备、控制设备及报警设备等才可实现与CAN总线的通信。井下数据采集设备采集各安全指标模拟量及各个开关状态量后，再通过CAN通信及接口模块将这些数据发送至CAN总线；此外，通过CAN通信及接口模块，井下生产设备及安全保障设备实现了与CAN总线与现场控制及报警器的连接，以便实时监控设备的运行状态。

3结束语

总之，现有煤矿安全监控系统存在设备通信协议标准不统一、系统扩展及升级能力差的特点，CAN是一种有国际标准的现场总线技术更好地解决这一问题，实现了在监控节点多、分布广、监控距离远的情况下保证监控系统实时性的煤矿安全管理要求。

作者：李志勇 单位：天地（常州）自动化股份有限公司