CAN总线技术在矿井安全生产监控系统中的应用

2019-07-03 10:31

  我国的矿井安全生产监控系统经历了从无到有,从简到繁,从一体机到网络化,从二级网络到多级网络的综合监控的过程。经过十几年的应用表明,矿井安全生产监控系统为我国煤矿安全生产和现代化管理起到了显著作用。但是,由于现有的监控系统几乎都采用各自专用的通信协议,所以,很难找到两个相互兼容的系统。目前,信息传输系统的兼容性已成为装备监控系统的各局、矿进一步扩充系统功能的制约因素。因此,寻找一种解决系统兼容性问题的途径,对促进矿井监控技术的发展和系统的推广应用均具有十分重要的意义。

  矿井安全生产监控系统中采用通信协议的现状

  通信协议是在网络中用于规定信息的格式以及信息如何发送和接收的一套规则。处于网络中的节点必须遵循双方约定的规则才能保证数据的正确接收和发送。目前我们自行研制的KJ93矿井安全生产监控系统采用的就是RS-485通信协议,其网络结构如图1所示。

  CAN通信协议的应用

  矿井安全生产监控系统是对煤矿井下的瓦斯、通风、排水等状况和各种机电设备工作状态进行监测和控制,并用计算机分析处理所取得数据的一种系统。其特点可以概括为:监测传输数据种类多,测点数量大,测点分布广,使用环境异常恶劣。因此,矿用产品在选择各系统之间或系统内设备之间的总线协议所遵循的原则是高可靠、高速、高实时性。

  1.CAN通信协议应用于矿井安全生产监控系统的可行性

  CAN总线是一种对等式的层间现场总线网,协议比RS-485协议更简单,实时性更好,它的信息帧短,不会因为长时间发送而影响其他节点访问总线。由于采用优先级仲裁技术,当发生总线访问冲突时优先级高的信息仍可继续发送,因此它更适用于矿井中对数据传输和实时控制要求较高的系统。

  CAN总线通信协议和接口简单,传输速率高,具有多种错误检测手段,抗干扰性强,可满足矿井安全生产监控系统对高可靠性的要求。

  CAN协议最大的特点是废除了传统的站地址编码,代之以对通信数据块进行编码。采用这种方法的优点是使网络内的节点个数在理论上不受限制。这种按数据块编码的方式,可以很容易地实现点对点通信。数据段长度最多为8个字节,可满足控制命令、工作状态及测试数据的一般要求。

  由于CAN总线通信速率高,可靠性高,连接方便等诸多特点,有力地推动了应用开发的发展,反过来又促使器件生产厂商不断推出新的CAN总线产品。目前各大半导体厂商竞相推出CAN总线芯片,如Philips公司推出的82C200、SJA1000CAN通信控制器和82C250CAN总线收发器,INTEL公司推出的82526和82527CAN通信控制器,MOTOROLA公司推出的68HC05X4和68HC05X16。高性能的CAN总线产品及技术资料可获取性、技术支持的可能性,也使得CAN总线能够应用于矿用产品。

  此外,CAN通信协议也是一种完全满足《煤炭监控系统总体设计规范》要求的总线协议。

  2.矿井安全生产监控系统的整体构成

  如图2所示即为采用CAN通信协议的矿井安全生产监控系统网络结构。CAN-bus与RS-485在电气特性、网络拓扑、传播媒体等有许多相似的地方,目前,基于CAN与RS-485的网络拓扑结构一般都采用终端匹配的总线型结构,而且也都没有规定总线电缆的机械和材料参数。因此用CAN-bus网络替换RS-485网络是非常方便节省成本的,原有的网络布局不需要作任何的改动,只需要用CAN节点来替换RS-485节点即可。此系统与KJ93矿井安全生产监控系统的最主要的差别就是把原有系统中的KJJ26信息传输接口、监控系统软件和KJF20型工作站分别更换为CAN接口适配器、适用于CAN通信协议的监控系统软件和基于CAN的工作站。此外,监控主机还可以与服务器相连,接入局域网和Internet,从而实现远程浏览与控制。

  在矿井安全生产监控系统中,虽然RS-485通信协议得到广泛应用,但是随着科学技术的发展,RS-485通信协议的不足与缺陷日益突出,而CAN通信协议以其独特的设计思想、优良的性能和极高的可靠性,越来越受到人们的重视,CAN国际标准的制定,更加推动了它的发展与应用。在矿井安全生产监控系统中使用CAN通信协议提高了系统内部的通信速率,使得系统的实时性得到加强,降低了误码传送率,更好地保证了系统的安全性。

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