基于CAN總線(xiàn)煤礦瓦斯智能節點(diǎn)的研究與設計

摘要：煤礦瓦斯氣體監測的系統是保證煤礦生產(chǎn)安全的必備設備，分析國內外煤礦瓦斯氣體監測系統特點(diǎn)，提出基于CAN總線(xiàn)煤礦瓦斯氣體監測的網(wǎng)絡(luò )系統。著(zhù)重介紹以P80C592單片機作為CAN總線(xiàn)煤礦瓦斯智能節點(diǎn)，研究設計CAN總線(xiàn)通信接口電路、MAX306數據采集電路以及相應的軟件設計等。通過(guò)研究設計表明智能節點(diǎn)具有簡(jiǎn)單明了、體積小、性能高、成本低廉、抗干擾能力強等特點(diǎn)，能夠滿(mǎn)足煤礦瓦斯氣體監測的網(wǎng)絡(luò )系統要求。
關(guān)鍵詞：CAN總線(xiàn)；瓦斯；傳感器；遠程監控

0 引言
我國是世界上最大的煤炭生產(chǎn)和消費國，也是世界上少數幾個(gè)以煤為主要能源的國家之一。煤炭中含有大量的甲烷(CH4)等易燃易爆氣體，它是瓦斯形成的主要成分，發(fā)生瓦斯事故后會(huì )造成巨大的經(jīng)濟損失，危及礦工的生命。隨著(zhù)煤礦開(kāi)采技術(shù)手段的不斷改進(jìn)和開(kāi)采規模的擴大及開(kāi)采深度的不斷延伸，安全隱患越來(lái)越多，特別是重大、特大瓦斯事故在煤礦事故中所占的比例也越來(lái)越高。如果不控制住瓦斯事故，就不能實(shí)現煤礦安全生產(chǎn)狀況的穩定，也就無(wú)法保障煤炭工業(yè)的持續健康發(fā)展。所以，對煤礦井下瓦斯氣體進(jìn)行快速準確的監測顯得尤其重要，對易燃易爆混合氣體監測系統的開(kāi)發(fā)也成為重中之重。
世界各國也均有煤礦瓦斯氣體監測的系統，如波蘭的DAN6400、法國的TF200、德國的MINOS和英國的Senturion-200等，其中全礦井綜合監測控制系統有代表性的產(chǎn)品有美國MSA公司生產(chǎn)的系統，德國B(niǎo)EBRO公司的PROMOS系統。但是這兩種系統只是基于井下監測，并無(wú)數據上傳，不能實(shí)現智能化監控。我國監測監控技術(shù)應用較晚，20世紀80年代初，從波蘭、法國、德國、英國和美國等引進(jìn)了一批安全監測系統，裝備了部分煤礦；在引進(jìn)的同時(shí)，通過(guò)消化、吸收并結合我國煤礦的實(shí)際情況，先后由重慶煤科院、遼寧撫順煤科院等國內知名煤礦科學(xué)研究所研制出KJ2，KJ4，KJ5，KJ10，KJ13，KJ19，KJ38，KJ66，KJ75，KJ80，KJ92，KJ95，KJ101等煤礦有害氣體監測系統，在我國煤礦已有大量使用，但其中很大一部分儀表的傳輸數據是模擬方式，將氣體濃度轉化為脈沖量，易受礦井下強電磁設備干擾，造成監測結果不準確，易出現誤報警等現象。
鑒于此提出基于CAN總線(xiàn)研究設計方案，系統結構見(jiàn)圖1，工作原理如下，每個(gè)智能節點(diǎn)可以監測64點(diǎn)瓦斯，每個(gè)智能節點(diǎn)把監測的數據通過(guò)CAN總線(xiàn)傳輸到上位機，上位機根據傳輸的數據做出決定。上位機系統采用PCI總線(xiàn)工業(yè)控制機和CAN總線(xiàn)接口通信卡，軟件采用VB或組態(tài)軟件編寫(xiě)應用程序，下位機(也稱(chēng)遠程智能節點(diǎn))采用單片機設計，下面著(zhù)重研究設計智能節點(diǎn)。

CAN總線(xiàn)直接通信距離最遠可達到10 km(速率在5KB／s以下)，在通信距離為40 m以?xún)葧r(shí)，通信速率最高可達到1Mb／s。CAN總線(xiàn)節點(diǎn)數主要取決于總線(xiàn)驅動(dòng)電路，目前可達到110個(gè)，如果需要更多節點(diǎn)，可以利用中繼器，實(shí)現網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的增加和傳輸距離的延長(cháng)。