- 頭條煤礦液壓支架CAN總線監控系統的設計2021-06-15 作者：郝剛 | 來源：《電氣技術》 | 點擊率：導語針對刨煤機組中液壓支架多而分散、系統信息量大等特點，基于CAN協議總線設計了液壓支架分布式監控系統，上位機監控端可通過CAN總線和液壓支架控制器進行通信，實現多液壓支架的分散安裝和集中控制功能，介紹了系統的整體結構、工作原理、液壓支架控制器節點的硬件設計和CAN應用層協議以及軟件通信設計。
網絡化是煤礦監控系統發展的必然趨勢，隨著綜采機械化水平的不斷提高，對液壓支架工作狀態的監測技術水平要求也越高。目前，采煤機和運輸機的監控系統已經在許多煤礦投入使用，但液壓支架工作狀態的實時監測系統滯后于上述監控系統。液壓支架的控制節點一般采用BIDI Bus網絡聯通，隨著現場總線的提出，支架控制網絡開始使用現場總線，如較為先進的CAN。
CAN是多主總線網絡，CAN協議總線在實時性、成本、可靠性等方面有它獨特的優越性。對液壓支架的監控關鍵在于支架的工作狀態數據和控制數據的實時傳輸，因此采用CAN協議總線形成的分布式控制網絡能及時掌握液壓支架的工作數據從而實現對液壓支架的實時監控，這樣能避免很多不必要的事故，能達到既節省勞動力和工作時間又能高效率的生產工作的目的。
1 支架電液監控系統
液壓支架監控系統包括支架控制節點、CAN總線、地面控制、井下服務器、傳感器等，如圖1所示。液壓支架節點采集壓力、位移等信號，通過CAN總線實時傳給地面控制室，地面控制室根據接收的采集信號控制支架節點的動作。
1 基于 CAN總線的支架電液控制系統
液壓支架監控CAN總線信息分3類：
(1) 傳感器信息：液壓支架運動中采集的傳感器信息。
(2) 控制信息：由控制節點發出，控制執行節點動作。
(3) 緊急指令：由總控制節點發送至執行節點，如緊急停機等動作。
2 支架CAN控制器設計
本系統采用的微處理器是ATMEL公司的低功耗、高性能微控制器AT89S52，系統的CAN控制器采用PHILIPS公司的獨立CAN控制器SJA1000，CAN總線驅動器選用82C250。
AT89S52與工業80C51產品指令和引腳完全兼容，具有8K字節的可編程Flash存儲器、256字節RAM。將控制器AT89S52的P1.0和SJA1000的AD0~AD7相連以接收與發送數據。將SJA1000的/CS連接到主控制器的P2.7口，AT89S52通過此接口讀、寫SJA1000，將SJA1000的功能引腳分別與控制器對應引腳相連，在訪問處理器外設時將會自動產生相應的操作。
為了提高支架控制節點的抗干擾能力，選用高速光耦6N137將CAN控制器與收發器隔離。另外，網絡終端的支架節點需要接120歐姆的電阻以匹配總線的阻抗。圖2所示是CAN接口硬件電路圖。
圖2 CAN接口硬件電路圖
3 系統的軟件設計
3.1 信息優先級分配
采用CAN2.0A標準幀格式，由于系統中周期性信息與隨機信息共存，采用截止期單調算法分配信息的標識符，即以每個信息的要求截止期限為依據，截止期越大的信息給予越低的優先級，整個系統保證每個信息的優先級唯一。
3.2 CAN通信軟件的設計
根據模塊化思想，將CAN通信軟件分為三個部分，即CAN初始化模塊、信息接收模塊以及信息發送模塊。
CAN控制器SJA1000在正式收發信號之前必須進行初始化設置，初始化首先禁能主控制器中斷源，進入CAN控制器復位模式，之后需進行時鐘分頻寄存器、驗收代碼、定時寄存器、輸出控制寄存器等配置，最后時能CAN中斷，則完成了初始化。
報文的發送和接收由CAN控制器SJA1000獨立完成[3]。主控制器將要發送報文傳送到發送緩沖器，然后置位發送請求標志，發送指令采用查詢控制段的狀態標志來控制發送；收到信息時，通過中斷請求通知控制器已經接收信息，主控制器從接收緩沖器提取信息，將信息存入本地存儲器，然后釋放接收緩沖器。
3.3上位機PC監控系統設計
為了動態顯示液壓支架的運行情況，基于組態軟件開發了監控界面，PC節點通過CAN適配卡接入CAN網絡，接收液壓支架CAN網絡傳遞的數據，并形象的顯示出來，主界面如圖3所示。
圖3 液壓支架監控界面
4 結語
本文設計的基于CAN總線設計的刨煤機組液壓支架監控系統可實現液壓支架工作狀態的實時監控功能，該監控系統已經成功應用于薄煤層開采中，相比BIDI Bus系統，該系統響應速度快，可靠性高，運行過程中表現穩定。
本文編自《電氣技術》，原文標題為“CAN總線液壓支架監控系統設計”，作者為郝剛。
