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        基于現(xiàn)場總線的煤礦提升信號系統(tǒng)研究

        2014-01-01 00:00:00崔永生
        山東工業(yè)技術(shù) 2014年3期

        【摘 要】本文針對目前以PLC為控制核心的煤礦提升信號系統(tǒng)存在問題,提出了采用CAN現(xiàn)場總線技術(shù)進(jìn)行煤礦提升信號傳輸?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;信號通信;CAN現(xiàn)場總線

        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。隨著煤礦開采水平的延伸,煤礦安全控制設(shè)備的增加,控制信號種類、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)還常引起信號之間的干擾,造成設(shè)備的誤動作。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、很好的差錯控制能力,應(yīng)用CAN總線新技術(shù)替代PLC并行信號通訊方法,可以大大地減少了信號線數(shù)量,提高提升信號質(zhì)量,降低信號裝置安裝難度,減少線路投資,提高線路的可維護(hù)性。采用CAN總線煤礦提升信號裝置對提高煤礦安全生產(chǎn)水平,提高生產(chǎn)率,具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

        1 CAN總線煤礦提升信號裝置的特點(diǎn)

        煤礦提升信號的特點(diǎn)是控制信號多、通訊距離長、控制邏輯復(fù)雜,CAN總線煤礦提升信號裝置采用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)房與井口和井信號操車控制臺的信號通訊,實(shí)現(xiàn)對提升信號進(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信號進(jìn)行整合處理,裝置線路簡單、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)房信號操作站,井口操作站,水平信號操作站,井底信號操作站組成,操作臺之間由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MAX232串行接口電路實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與現(xiàn)場微處理器之間的數(shù)據(jù)通信。SJA1000是一個(gè)總線接口芯片,主要功能是通過CAN總線接收來自上位機(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,通過中斷處理程序接收每一幀信息并通過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,可以提供對總線的差動發(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,鏈路簡單,并支持優(yōu)先級處理。(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,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,可自動重發(fā),節(jié)點(diǎn)在錯誤嚴(yán)重時(shí)具有自動退出總線的功能,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、控制信號信息處理部分、LCD信息處理部分、89C51單片機(jī)、CAN通信信號處理器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、輸入按鍵防抖動程序、輸入信號數(shù)字濾波程序、信號邏輯處理程序、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

        應(yīng)用CAN現(xiàn)場總線技術(shù)進(jìn)行煤礦提升信號系統(tǒng)技術(shù)更新,改變了過去礦井提升信號并行通訊方法,簡化了系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu),安裝維護(hù)更為簡單方便,提高了煤礦提升信號系統(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)、高速率長距離的傳輸特性,解決了煤礦開采水平的向下延伸、礦井多水平開采、控制信號數(shù)量急劇上升的問題。

        [責(zé)任編輯:楊玉潔]

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