韓哲

摘 要：現(xiàn)在煤礦生產(chǎn)已經(jīng)逐步實(shí)現(xiàn)了自動化開采。利用數(shù)字化技術(shù)形成全面、有效的監(jiān)控系統(tǒng)，做好對采煤機(jī)的全程監(jiān)控，掌握各項技術(shù)參數(shù)，能夠提高采煤機(jī)的運(yùn)行效率。簡要分析了CAN總線技術(shù)在采煤機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用方式。

關(guān)鍵詞：CAN總線技術(shù)；采煤機(jī)；監(jiān)控系統(tǒng)；通信系統(tǒng)

中圖分類號：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.22.146

就我國煤礦開采生產(chǎn)現(xiàn)狀來看，雖然應(yīng)用了很多新型技術(shù)，但從整體上來看，依然存在較多問題。以采煤機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)為例，目前大部分煤礦仍采用人工定期觀測的方式，不但工人的工作量大，而且還存在檢測不及時和數(shù)據(jù)不同步的情況，導(dǎo)致采煤機(jī)的控制效果不佳。將CAN總線技術(shù)應(yīng)用于采煤機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，通過礦用智能傳感器來收集各項參數(shù)，能為煤礦的安全生產(chǎn)打好基礎(chǔ)。

1 采煤機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)概述

1.1 監(jiān)控系統(tǒng)

在煤礦開采施工中，存在多種影響因素。為保證各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的順利進(jìn)行，可以通過監(jiān)控系統(tǒng)來收集采煤機(jī)運(yùn)行的各項數(shù)據(jù)，將其作為安全生產(chǎn)管理的基礎(chǔ)。采煤機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要分為地面與井下兩部分，是以CAN總線型結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。其中，地面部分包括工控機(jī)、CAN總線適配卡和GPRS發(fā)射模塊；井下部分由多個分站組成，包括單片機(jī)P87C591、傳感器、執(zhí)行器和CAN總線驅(qū)動器TAJ1050等。井下分站數(shù)量較多，單片機(jī)是核心部分，主要負(fù)責(zé)各項數(shù)據(jù)的采集，并實(shí)現(xiàn)執(zhí)行器與上位機(jī)的遠(yuǎn)程通訊，傳輸CAN總線命令。在整個監(jiān)控系統(tǒng)中，CAN總線適配卡起著控制作用，能夠以數(shù)據(jù)塊的方式將采集到的各項數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)構(gòu)件，并完成上位機(jī)與下位機(jī)之間數(shù)據(jù)的交換。

1.2 GPRS通信系統(tǒng)

在監(jiān)控系統(tǒng)中，無線網(wǎng)絡(luò)模塊的主要部分，即GPRS通信的主要作用是與上位機(jī)串行接口通信，完成各項監(jiān)控數(shù)據(jù)的傳輸。整個數(shù)據(jù)傳輸由擁有固定IP地址的政府監(jiān)控中心計算機(jī)通過移動公司提供的專線接入，并成功登錄到Internet。GPRS模塊登錄則需要登錄到GPRS網(wǎng)絡(luò)，利用GGSN網(wǎng)關(guān)進(jìn)入到Internet網(wǎng)絡(luò)，確定與監(jiān)控中心相互連接的計算機(jī)IP實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換，以監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳輸。

1.3 政府監(jiān)控系統(tǒng)

對于政府監(jiān)控系統(tǒng)來說，在設(shè)計上不需要設(shè)置GPRS模塊，可以采取寬帶ADSL上網(wǎng)的模式實(shí)現(xiàn)與采煤機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的連接與數(shù)據(jù)傳輸，但必須要有固定的IP地址。設(shè)計該系統(tǒng)時，需要在此系統(tǒng)中心設(shè)置一臺具有規(guī)定IP地址的計算機(jī)作為服務(wù)器，并接收、分析、處理、保存和打印每個分散礦井的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，作為確定煤礦生產(chǎn)安全性的主要依據(jù)。同時，如果想要實(shí)現(xiàn)對煤礦開采的遠(yuǎn)程控制，就要連接監(jiān)控主機(jī)和服務(wù)器，并連接GPRS和Internet網(wǎng)，隨時掌握采煤機(jī)運(yùn)行的各項生產(chǎn)參數(shù)。

2 基于CAN總線的采煤機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

2.1 軟件系統(tǒng)設(shè)計

利用智能傳感器來完成監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計，例如TKstudio智能傳感器，能滿足大部分主流內(nèi)核支持工作的需要，系統(tǒng)操作界面相對簡單，更便于操作人員掌握。另外，該系統(tǒng)還有提示和代碼模板功能，能夠進(jìn)一步提升編碼的準(zhǔn)確度和速度，并且其原型比對功能在實(shí)際應(yīng)用中效果更佳，能夠完善處理工程管理內(nèi)容。智能傳感器基本上都有強(qiáng)大的專業(yè)編輯器，通過合理開發(fā)與應(yīng)用代碼智能格式化和折疊列編輯功能，可以更好地設(shè)計、優(yōu)化監(jiān)控系統(tǒng)，提高其應(yīng)用效果。CAN節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計主要包括初始化子程序、發(fā)送子程序和接收子程序，需要結(jié)合實(shí)際情況做好各對應(yīng)子程序的設(shè)計。

2.2 硬件系統(tǒng)設(shè)計

2.2.1 主控芯片

智能傳感器的主要作用是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、處理和交換，并且自身具有微處理機(jī)?；诖?，在設(shè)計智能傳感器時，對于硬件系統(tǒng)部分，首先應(yīng)選擇好主控芯片構(gòu)件，例如8位單片機(jī)MEGA16L。單片機(jī)L有5個復(fù)位源，即上電復(fù)位、外部復(fù)位、低電壓復(fù)位、看門狗復(fù)位和JTAG復(fù)位等，是現(xiàn)在比較常用的一種。

2.2.2 顯示存儲

對于采煤機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)來說，系統(tǒng)應(yīng)用的智能傳感器顯示屏為數(shù)碼管，而存儲器則選擇用鐵電存儲器FM24C256。該存儲器利用先進(jìn)的鐵電技術(shù)制作而成，為256位非易失性存儲器，具有快速讀寫的功能，即使數(shù)據(jù)掉電后，還可以保存一段時間，實(shí)際應(yīng)用效果良好。

2.2.3 復(fù)位電路電源

為確保監(jiān)控系統(tǒng)的正常運(yùn)行，減少生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的各類故障，必須選擇性能良好的復(fù)位電路電源，例如本安防爆電源，其輸入電壓為15 VDC，輸出電壓為24 VDC，采用了整流橋設(shè)計方式來避免安裝時電源極性被反接，提高了監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與運(yùn)行的安全性。

2.2.4 數(shù)據(jù)采集

監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用的智能傳感器的模擬量電流信號為4～20 mA，在經(jīng)過1 000精密電阻處理后，信號被轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘杺鬏數(shù)紸D引腳，同時，R4、C1構(gòu)成RC低通濾波器。利用零電壓比較器LM3ll將輸出信號經(jīng)過光電耦合器隔離送往微處理器10端口，從而完成數(shù)據(jù)的采集。

2.2.5 CAN接口電路

利用SJA1000擴(kuò)展處理CAN接口，CAN通訊供電隔離電源選用B0505S-1W的DCDC非穩(wěn)壓電源模塊，電氣隔離電壓為1 000 VDC，微處理器和接口光電隔離選用6N137光電耦合器，這樣隔離電壓最高可以滿足1 000 VDC要求。

3 結(jié)束語

基于CAN總線設(shè)計采煤機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，需要結(jié)合監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)，確定設(shè)計要點(diǎn)，并通過不同角度的分析，選配合適的系統(tǒng)構(gòu)件，提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和合理性。

參考文獻(xiàn)

[1]呂世超.基于CAN-bus的煤礦遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2010.

[2]廖忠明，徐秀紅，彭小軍.一種基于CAN總線的煤礦遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)[J].煤炭技術(shù)，2012（01）：97-98.

[3]肖洪祥，匡晚成，雷亞平.基于CAN總線的煤礦遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)[J].微計算機(jī)信息，2008（23）：73-74，97.

〔編輯：王霞〕