0、概述
    近幾年，隨著國(guó)家對(duì)煤礦安全生產(chǎn)的管理越來(lái)越規(guī)范，加強(qiáng)了對(duì)煤礦安全生產(chǎn)的監(jiān)管力度，要求及時(shí)了解與查詢現(xiàn)場(chǎng)電力開關(guān)等電力設(shè)備的安全測(cè)控信息。目前，煤礦的配電開關(guān)均使用了微電腦智能控制設(shè)備，能根據(jù)各路負(fù)載的異常情況智能通斷，但均為主從式結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)上只能一個(gè)主節(jié)點(diǎn)（中心站），缺乏統(tǒng)一的規(guī)范和通信協(xié)議，無(wú)法將開關(guān)的實(shí)時(shí)狀況傳送至通信總站，不利于統(tǒng)一管理和提前發(fā)現(xiàn)、及時(shí)處理故障，容易造成嚴(yán)重的安全事故。可靠性低、實(shí)時(shí)性差，難于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性測(cè)控功能的要求。
    因此，迫切需要一種新的遠(yuǎn)程通信方案。基于CAN總線的長(zhǎng)距離膠帶輸送機(jī)系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確、通信實(shí)時(shí)可靠、完善的規(guī)范和協(xié)議監(jiān)控系統(tǒng)功能完備等特點(diǎn)，軟件人機(jī)界面友好、可視化強(qiáng)度高。
1、系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)和功能
    由于膠帶輸送機(jī)距離長(zhǎng)，有時(shí)輸送機(jī)多達(dá)10臺(tái)以上，整個(gè)輸送系統(tǒng)中的各臺(tái)輸送機(jī)既要能單獨(dú)控制，又要能全部集中控制。在如此長(zhǎng)的距離內(nèi)，CAN總線控制網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)分布式的控制系統(tǒng)，各種智能控制、檢測(cè)信號(hào)的采集、保護(hù)動(dòng)作都要分布到傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)所在現(xiàn)場(chǎng)，CAN總線的各個(gè)智能節(jié)點(diǎn)都具有CAN總線接口掛到CAN總線上�？紤]到遠(yuǎn)距離傳輸和現(xiàn)有總線的應(yīng)用情況，整個(gè)系統(tǒng)采用了兩種總線結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。
    膠帶輸送機(jī)沿線的各類保護(hù)開關(guān)內(nèi)嵌了CAN總線編碼器。CAN總線編碼器與通信總站之間采用CAN總線通訊，用以傳送各種編碼保護(hù)開關(guān)的編碼信息和狀態(tài)信息。通信總站與上位機(jī)之間采用RS485總線。
1.1 CAN總線編碼器
    系統(tǒng)主要有CAN總線編碼器和通信總站組成。CAN總線編碼器采用MCS-51系列單片機(jī)和CAN總線收發(fā)器組成用來(lái)實(shí)現(xiàn)CAN總線的通信協(xié)議以及相關(guān)的控制功能。CAN總線編碼器的結(jié)構(gòu)如圖2所示。
1.2通信總站
    通信總站通過(guò)CAN總線接收CAN編碼器發(fā)來(lái)的保護(hù)開關(guān)狀態(tài)信息并通過(guò)RS485發(fā)送給上位機(jī)，同時(shí)擔(dān)任故障報(bào)警與故障顯示。系統(tǒng)中每個(gè)通信總站和一個(gè)CAN總線收發(fā)器82C250相連本系統(tǒng)可用于遠(yuǎn)距離傳輸，因此需要一定的抗干擾措施，采用高速光電耦合器6N137實(shí)現(xiàn)CAN總線上各節(jié)點(diǎn)間的電氣隔離，接口電路見(jiàn)圖3。為保證總線阻抗匹配，CAN總線末端必須連接2個(gè)120A電阻，它們對(duì)總線阻抗匹配有著重要的作用，若不設(shè)置將大大降低總線數(shù)據(jù)通信時(shí)的可靠性和抗干擾性，甚至有可能導(dǎo)致無(wú)法通信。
2、通信規(guī)約
    CAN編碼器和通信總站之間的信息傳遞采用了CAN總線的電氣規(guī)范。但通訊協(xié)議做了簡(jiǎn)化處理，保留了CAN總線非破壞性總線仲裁機(jī)制。由于CAN編碼器傳送的數(shù)據(jù)較少，采用通信總站回送接收到CAN編碼器信息的方式實(shí)現(xiàn)通信數(shù)據(jù)校驗(yàn)，一旦發(fā)生數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，CAN編碼器會(huì)重新發(fā)送。
    通常情況下，CAN編碼器主動(dòng)向通信總站發(fā)送保護(hù)開關(guān)的狀態(tài)信息，通訊總站回送校驗(yàn)信息，只有通訊總站發(fā)送命令時(shí)，通信總站才主動(dòng)向CAN編碼器發(fā)送信息。  通信總站和上位機(jī)之間傳遞信息采用下列格式：1位起始位，1位停止位，無(wú)奇偶校驗(yàn)，波特率為2400bps。通訊數(shù)據(jù)幀格式如表1所示。
    發(fā)送數(shù)據(jù)之前要求數(shù)據(jù)總線靜止時(shí)間大于3，5個(gè)字節(jié)，數(shù)據(jù)幀中Tl，T2，T3，T4分別代表一個(gè)字節(jié)的靜止時(shí)間，當(dāng)最后一個(gè)字節(jié)傳輸完，數(shù)據(jù)總線靜止時(shí)間（即無(wú)數(shù)據(jù)時(shí)間）還需大于3.5個(gè)字節(jié)后，才可以開始發(fā)送新的數(shù)據(jù)。
3試驗(yàn)結(jié)果
    為了考核簡(jiǎn)化了CAN總線通信協(xié)議的膠帶輸送機(jī)故障定位系統(tǒng)的運(yùn)行情況，試驗(yàn)中監(jiān)控界面如圖4所示。構(gòu)建了圖所示的5試驗(yàn)系統(tǒng)。
4結(jié)束語(yǔ)
    采用CAN總線通信技術(shù)，把相距甚遠(yuǎn)的多個(gè)系統(tǒng)連成監(jiān)控的整體，提高了系統(tǒng)內(nèi)部的通信速率，加強(qiáng)了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性，增強(qiáng)了抗干擾能力。每個(gè)CAN總線節(jié)點(diǎn)都可以作為主機(jī)，一旦保護(hù)器狀態(tài)發(fā)生變化，智能編碼器發(fā)送狀態(tài)信息，加快了故障處理。
    基于CAN總線故障定位系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：
    (1)安全信息監(jiān)控功能：實(shí)時(shí)膠帶輸送機(jī)相關(guān)敏感數(shù)據(jù)信息，能夠檢測(cè)必要地點(diǎn)的偏跑、撒料、打滑等信息；實(shí)時(shí)監(jiān)控膠帶輸送機(jī)設(shè)備的運(yùn)行，能夠檢測(cè)其運(yùn)轉(zhuǎn)情況，并可能告知其開停狀態(tài)等。
    (2)數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)：設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)及歷史數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，用于對(duì)在線運(yùn)行數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)的管理。數(shù)據(jù)庫(kù)提供大量的在線監(jiān)控、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、統(tǒng)計(jì)、維護(hù)等工具。
    (3)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，煤礦各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)辦公室和上級(jí)主管部門能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控膠帶機(jī)運(yùn)行信息，共享數(shù)據(jù)庫(kù)的資源。
(4)自診斷功能：當(dāng)詢問(wèn)膠帶輸送機(jī)檢測(cè)分站時(shí)，CAN總線編碼器，用以傳送各種編碼保護(hù)開關(guān)的編碼信息和狀態(tài)信息。當(dāng)檢測(cè)到某到故障點(diǎn)時(shí)，能夠發(fā)出報(bào)警。