張秋琳

【摘要】 礦用隔爆型電磁起動(dòng)器是煤礦井下主要的電氣設(shè)備。本文在分析煤礦安全生產(chǎn)形勢(shì)和CAN總線技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合CAN總線技術(shù)以數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）為核心設(shè)計(jì)礦用隔爆型電磁起動(dòng)器通訊系統(tǒng)，分別設(shè)計(jì)了eCAN通訊硬件電路和軟件程序，通訊系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)DSP和上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸。

【關(guān)鍵詞】 eCAN總線 煤礦 起動(dòng)器 通訊系統(tǒng)

近年來(lái)，我國(guó)煤礦安全生產(chǎn)形勢(shì)持續(xù)好轉(zhuǎn)，然而復(fù)雜的煤礦開(kāi)采環(huán)境和開(kāi)采強(qiáng)度的增加長(zhǎng)期制約煤炭行業(yè)的健康發(fā)展。瓦斯爆炸是煤礦井下重要的安全生產(chǎn)事故，當(dāng)井下瓦斯等可燃性氣體濃度過(guò)高時(shí)遇到火花就會(huì)產(chǎn)生爆炸，直接威脅煤礦安全生產(chǎn)工作的開(kāi)展。礦用隔爆型電磁起動(dòng)器用于直接或遠(yuǎn)距離起動(dòng)、停止或者正反轉(zhuǎn)控制三相異步電動(dòng)機(jī)，同時(shí)具有對(duì)電動(dòng)機(jī)過(guò)載、短路和漏電等故障的保護(hù)功能，廣泛運(yùn)用在煤礦井下通風(fēng)機(jī)、刮板運(yùn)輸機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)和皮帶機(jī)等電氣設(shè)備中。開(kāi)展礦用隔爆型電磁起動(dòng)器通訊系統(tǒng)的研究能夠?qū)崟r(shí)將電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)發(fā)送給上位機(jī)，對(duì)于提高井下設(shè)備穩(wěn)定性和保障安全生產(chǎn)順利開(kāi)展具有重要的意義，同時(shí)也加快了智能化礦井的建設(shè)步伐，加快現(xiàn)代化煤礦技術(shù)的快速實(shí)現(xiàn)。

一、 CAN總線技術(shù)

1.1 CAN總線

現(xiàn)場(chǎng)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(jiǎn)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。CAN總線技術(shù)最早為了適應(yīng)汽車(chē)電子技術(shù)的需求開(kāi)發(fā)出來(lái)的，屬于目前應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。近年來(lái)CAN總線憑借其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高可靠性、靈活性強(qiáng)和良好的錯(cuò)誤檢測(cè)能力，被廣泛運(yùn)用到汽車(chē)系統(tǒng)通訊、電網(wǎng)監(jiān)測(cè)、電氣設(shè)備檢測(cè)與通訊等技術(shù)領(lǐng)域。

CAN總線采用多主串行通訊協(xié)議，可以有效的支持分布式實(shí)時(shí)控制，通訊速率最高可達(dá)1Mb/s。CAN總線的數(shù)據(jù)幀有幾個(gè)字節(jié)（最多8個(gè)字節(jié)）組成，從而提高了總線對(duì)于新的數(shù)據(jù)幀響應(yīng)時(shí)間。CAN總線在傳送數(shù)據(jù)時(shí)每個(gè)消息都有自己的標(biāo)示符，以此識(shí)別不同消息在總線上的節(jié)點(diǎn)，保證在產(chǎn)生總線沖突時(shí)，具有更高優(yōu)先級(jí)的消息沒(méi)有延時(shí)傳輸。

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(kāi)銷(xiāo)。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(duì)象的濾波，確定相應(yīng)郵箱的位置，接收到的消息經(jīng)過(guò)接收濾波后存放到第一個(gè)郵箱。

二、通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)

礦用隔爆型電磁起動(dòng)器通訊系統(tǒng)將DSP采集的系統(tǒng)信息通過(guò)CAN通訊技術(shù)發(fā)送給上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)DSP控制系統(tǒng)與上位機(jī)之間的實(shí)時(shí)通訊。通訊系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)思想，首先以數(shù)字信號(hào)處理器TMS320F2812為核心結(jié)合CAN總線通訊轉(zhuǎn)換器SN65HVD23X設(shè)計(jì)通訊系統(tǒng)的硬件電路，然后將在DSP軟件編譯環(huán)境CCS3.3中將匯編語(yǔ)言、C語(yǔ)言或其他高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)的通訊系統(tǒng)軟件程序進(jìn)行編譯、調(diào)試，最后將調(diào)試好的程序燒寫(xiě)到硬件電路中，完成通訊系統(tǒng)整體調(diào)試和驗(yàn)證。

2.1 硬件電路設(shè)計(jì)

TMS320F2812的eCAN總線控制器的邏輯電平均采用LVTTL方式，因?yàn)長(zhǎng)VTTL方式的電壓多為低電壓，如3.3V、2.5V等，這樣不但可以降低功耗也可以縮小電路體積。為了實(shí)現(xiàn)eCAN模塊與CAN物理總線之間的電平匹配，選用SN65HVD230作為轉(zhuǎn)換器，該芯片具有差分收發(fā)能力、抗干擾能力強(qiáng)和收發(fā)速率快等特點(diǎn)，更好的符合礦用隔爆型電磁起動(dòng)器通訊系統(tǒng)的信息傳輸要求。

總線末端連接120Ω電阻R1和R2，用于傳輸線的阻抗匹配，增加通訊系統(tǒng)的抗干擾能力，CAN總線與DSP之間連接電路如圖1所示。

2.2 軟件程序設(shè)計(jì)

在使用CAN通訊前需要對(duì)其進(jìn)行初始化操作，具體步驟為：使能CAN模塊時(shí)鐘；設(shè)置CANTX和CANRX作為通信引腳；復(fù)位后將CCR位和CCE位置1，允許用戶配置位時(shí)間配置寄存器；使用適當(dāng)值對(duì)CANBTC進(jìn)行配置，確認(rèn)TSEG1和TSEG2不等同于0；編程接收屏蔽寄存器（標(biāo)準(zhǔn)CAN模式）；編程主控制寄存器；清零MSGCTRLn寄存器所有位進(jìn)行初始化；檢查CCE是否清零，假如被清零表明CAN模塊配置完成。

eCAN模塊消息接收時(shí)，掛起寄存器（CANRMP）相應(yīng)的標(biāo)志位置位，同時(shí)會(huì)使相應(yīng)的中斷標(biāo)志位置位產(chǎn)生中斷，然后CPU可以讀取接收郵箱數(shù)據(jù)寄存器中接收到的數(shù)據(jù)。eCAN模塊發(fā)送消息過(guò)程主要包括系統(tǒng)初始化、郵箱初始化、發(fā)送傳輸設(shè)置以及等待傳輸響應(yīng)等幾個(gè)步驟，具體發(fā)送流程如圖2所示。

圖2 CAN通訊消息發(fā)送流程圖

三、結(jié)束語(yǔ)

礦用隔爆型電磁起動(dòng)器通訊系統(tǒng)將DSP的eCAN通訊模塊運(yùn)用到煤礦井下數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)中，能夠?qū)崟r(shí)將DSP控制器采集的電動(dòng)機(jī)狀態(tài)信息發(fā)送給上位機(jī)，上位機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)計(jì)算和分析，通過(guò)CAN總線將動(dòng)作指令發(fā)送給控制器，提高井下電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，減少井下生產(chǎn)事故，降低安全生產(chǎn)的事故和保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全具有重要的意義。

參 考 文 獻(xiàn)

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[3] 孟永鵬，賈申利，榮命哲.真空斷路器機(jī)械特性的在線監(jiān)測(cè)方法.高壓電器，2006，42（1）：31-34.