浅析CAN总线技术在采煤机监控系统设计中的运用

韩哲

摘 要：现在煤矿生产已经逐步实现了自动化开采。利用数字化技术形成全面、有效的监控系统，做好对采煤机的全程监控，掌握各项技术参数，能够提高采煤机的运行效率。简要分析了CAN总线技术在采煤机监控系统设计中的应用方式。

关键词：CAN总线技术；采煤机；监控系统；通信系统

中图分类号：TP277 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.22.146

就我国煤矿开采生产现状来看，虽然应用了很多新型技术，但从整体上来看，依然存在较多问题。以采煤机监控系统为例，目前大部分煤矿仍采用人工定期观测的方式，不但工人的工作量大，而且还存在检测不及时和数据不同步的情况，导致采煤机的控制效果不佳。将CAN总线技术应用于采煤机监控系统，通过矿用智能传感器来收集各项参数，能为煤矿的安全生产打好基础。

1 采煤机监控系统概述

1.1 监控系统

在煤矿开采施工中，存在多种影响因素。为保证各生产环节的顺利进行，可以通过监控系统来收集采煤机运行的各项数据，将其作为安全生产管理的基础。采煤机监控系统主要分为地面与井下两部分，是以CAN总线型结构为基础的微机监控系统。其中，地面部分包括工控机、CAN总线适配卡和GPRS发射模块；井下部分由多个分站组成，包括单片机P87C591、传感器、执行器和CAN总线驱动器TAJ1050等。井下分站数量较多，单片机是核心部分，主要负责各项数据的采集，并实现执行器与上位机的远程通讯，传输CAN总线命令。在整个监控系统中，CAN总线适配卡起着控制作用，能够以数据块的方式将采集到的各项数据传输到上位机构件，并完成上位机与下位机之间数据的交换。

1.2 GPRS通信系统

在监控系统中，无线网络模块的主要部分，即GPRS通信的主要作用是与上位机串行接口通信，完成各项监控数据的传输。整个数据传输由拥有固定IP地址的政府监控中心计算机通过移动公司提供的专线接入，并成功登录到Internet。GPRS模块登录则需要登录到GPRS网络，利用GGSN网关进入到Internet网络，确定与监控中心相互连接的计算机IP实现数据的交换，以监控系统数据的传输。

1.3 政府监控系统

对于政府监控系统来说，在设计上不需要设置GPRS模块，可以采取宽带ADSL上网的模式实现与采煤机监控系统的连接与数据传输，但必须要有固定的IP地址。设计该系统时，需要在此系统中心设置一台具有规定IP地址的计算机作为服务器，并接收、分析、处理、保存和打印每个分散矿井的生产数据，作为确定煤矿生产安全性的主要依据。同时，如果想要实现对煤矿开采的远程控制，就要连接监控主机和服务器，并连接GPRS和Internet网，随时掌握采煤机运行的各项生产参数。

2 基于CAN总线的采煤机监控系统设计

2.1 软件系统设计

利用智能传感器来完成监控系统的设计，例如TKstudio智能传感器，能满足大部分主流内核支持工作的需要，系统操作界面相对简单，更便于操作人员掌握。另外，该系统还有提示和代码模板功能，能够进一步提升编码的准确度和速度，并且其原型比对功能在实际应用中效果更佳，能够完善处理工程管理内容。智能传感器基本上都有强大的专业编辑器，通过合理开发与应用代码智能格式化和折叠列编辑功能，可以更好地设计、优化监控系统，提高其应用效果。CAN节点程序设计主要包括初始化子程序、发送子程序和接收子程序，需要结合实际情况做好各对应子程序的设计。

2.2 硬件系统设计

2.2.1 主控芯片

智能传感器的主要作用是实现数据的采集、处理和交换，并且自身具有微处理机。基于此，在设计智能传感器时，对于硬件系统部分，首先应选择好主控芯片构件，例如8位单片机MEGA16L。单片机L有5个复位源，即上电复位、外部复位、低电压复位、看门狗复位和JTAG复位等，是现在比较常用的一种。

2.2.2 显示存储

对于采煤机监控系统来说，系统应用的智能传感器显示屏为数码管，而存储器则选择用铁电存储器FM24C256。该存储器利用先进的铁电技术制作而成，为256位非易失性存储器，具有快速读写的功能，即使数据掉电后，还可以保存一段时间，实际应用效果良好。

2.2.3 复位电路电源

为确保监控系统的正常运行，减少生产过程中出现的各类故障，必须选择性能良好的复位电路电源，例如本安防爆电源，其输入电压为15 VDC，输出电压为24 VDC，采用了整流桥设计方式来避免安装时电源极性被反接，提高了监控系统设计与运行的安全性。

2.2.4 数据采集

监控系统应用的智能传感器的模拟量电流信号为4～20 mA，在经过1 000精密电阻处理后，信号被转变为电压信号传输到AD引脚，同时，R4、C1构成RC低通滤波器。利用零电压比较器LM3ll将输出信号经过光电耦合器隔离送往微处理器10端口，从而完成数据的采集。

2.2.5 CAN接口电路

利用SJA1000扩展处理CAN接口，CAN通讯供电隔离电源选用B0505S-1W的DCDC非稳压电源模块，电气隔离电压为1 000 VDC，微处理器和接口光电隔离选用6N137光电耦合器，这样隔离电压最高可以满足1 000 VDC要求。

3 结束语

基于CAN总线设计采煤机监控系统，需要结合监控系统的特点，确定设计要点，并通过不同角度的分析，选配合适的系统构件，提高系统运行的安全性和合理性。

参考文献

[1]吕世超.基于CAN-bus的煤矿远程监控系统[D].济南：山东大学，2010.

[2]廖忠明，徐秀红，彭小军.一种基于CAN总线的煤矿远程监控系统[J].煤炭技术，2012（01）：97-98.

[3]肖洪祥，匡晚成，雷亚平.基于CAN总线的煤矿远程监控系统[J].微计算机信息，2008（23）：73-74，97.

〔编辑：王霞〕