CAN總線(xiàn)在液壓支架電液控制系統的應用
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液壓支架電液控制系統是實(shí)現綜采工作面高產(chǎn)高效的關(guān)鍵技術(shù)設備。當前國際上主流的液壓支架電液控制系統有：DBT公司的PM4、MARCO公司的PM31和JOY公司的RS20型3種。在通訊方面，PM4架間通過(guò)BIDIBus互聯(lián)成綜采面網(wǎng)絡(luò )。這種方式的缺點(diǎn)在于，一旦控制器不能正常工作，將導致控制系統通訊的中斷。PM31架間的通訊通過(guò)BIDIBus，全工作面的互聯(lián)則采用TBus。RS20控制器間通過(guò)一條19芯強電纜連接，其中的8根線(xiàn)用于通訊和緊急閉鎖?？梢钥闯?，PM4與PM31都采用總線(xiàn)的方式進(jìn)行通訊，但都不是標準的現場(chǎng)總線(xiàn)。通過(guò)對3種控制器的剖析發(fā)現，它們的技術(shù)思路形成較早，且產(chǎn)品一直延續著(zhù)早期形成的思路。而現場(chǎng)總線(xiàn)的提出相對較晚。與現場(chǎng)總線(xiàn)方式相比，早期的技術(shù)思路存在著(zhù)如下幾點(diǎn)缺陷：實(shí)現復雜，需要消耗較多的系統資源;沒(méi)有提供可靠高效的通訊協(xié)議，數據的錯誤檢測和出錯重發(fā)完全靠用戶(hù)編制的軟件實(shí)現，網(wǎng)絡(luò )的錯誤處理能力不強。為了保證通訊的準確性和系統運行的可靠性，就必須編制完善的調度程序和通信協(xié)議，這就增加了系統開(kāi)發(fā)的難度和開(kāi)發(fā)周期。采用現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)則可較好的解決上述問(wèn)題。
CAN（ControllerAreaNetwork）即控制器局域網(wǎng)絡(luò )，是一種標準的現場(chǎng)總線(xiàn)。由于其高可靠性、靈活性以及獨特的設計，CAN總線(xiàn)越來(lái)越受到人們的重視并被廣泛的應用于航海、航空、醫療及工業(yè)現場(chǎng)領(lǐng)域。CAN總線(xiàn)的特點(diǎn)可以概括如下：
?。?）通信方式靈活。CAN既可以采用多主方式，也可以采用單主多從的方式。
?。?）CAN總線(xiàn)采用非破壞性仲裁技術(shù)，當多個(gè)節點(diǎn)同時(shí)向總線(xiàn)發(fā)送信息時(shí)，優(yōu)先級較低的節點(diǎn)會(huì )主動(dòng)的退出發(fā)送，而最高優(yōu)先級的節點(diǎn)可不受影響的繼續傳輸數據，從而大大節省了總線(xiàn)沖突仲裁時(shí)間。
?。?）通過(guò)報文濾波即可實(shí)現點(diǎn)對點(diǎn)、點(diǎn)對多點(diǎn)及全局廣播等幾種方式傳送接收數據，無(wú)需專(zhuān)門(mén)的“調度”。
?。?）CAN的直接通信距離最遠可達10km（傳輸速率5kb/s以下）;通信速率最高可達1Mb/s（通信距離最長(cháng)為40m）。
?。?）CAN上的節點(diǎn)數主要取決于總線(xiàn)驅動(dòng)電路，目前可達110個(gè);報文標識符可達2032種（CAN2.0A），而擴展標準（CAN2.0B）的報文標識符幾乎不受限制。
液壓支架電液控制系統是一種分布式控制系統。而CAN總線(xiàn)自身的特點(diǎn)使CAN總線(xiàn)能夠有效的支持分布式控制。結合CAN總線(xiàn)在分布式控制系統中的成功應用以及液壓支架電液控制系統的特點(diǎn)，將CAN總線(xiàn)應用于液壓支架電液控制系統具有較大優(yōu)勢。
3CAN總線(xiàn)節點(diǎn)的設計
基于CAN總線(xiàn)的液壓支架電液控制系統中，每個(gè)支架控制器都是一個(gè)CAN節點(diǎn)，采用總線(xiàn)式拓撲結構，如圖1所示。由于CAN總線(xiàn)驅動(dòng)器最多支持110個(gè)CAN節點(diǎn)，當綜采面的支架數超過(guò)該數目時(shí)，還需配備CAN總線(xiàn)中繼節點(diǎn)。因此，電液控制系統的CAN總線(xiàn)上包括兩類(lèi)節點(diǎn)，普通節點(diǎn)與中繼節點(diǎn)。
圖1基于CAN總線(xiàn)的電液控制系統
3.1普通CAN節點(diǎn)設計
CAN總線(xiàn)的兩層協(xié)議固化在它的相關(guān)芯片中，主要是總線(xiàn)控制器和總線(xiàn)驅動(dòng)器?？偩€(xiàn)驅動(dòng)器選用Philips的PCA82C250?？偩€(xiàn)控制器則采用Motorola單片機中自帶的MSCAN模塊。該模塊是Motorola為16位MCU設計的通用CAN通信模塊。采用自帶CAN模塊的Motorola單片機在最大程度上簡(jiǎn)化了節點(diǎn)電路的設計，普通CAN節點(diǎn)設計的電路原理圖如圖2所示。
3.2CAN總線(xiàn)中繼節點(diǎn)的設計
普通CAN節點(diǎn)只需使用1個(gè)MSCAN模塊，而CAN總線(xiàn)中繼節點(diǎn)則要用到單片機中的2個(gè)MSCAN模塊，通過(guò)外加驅動(dòng)電路分別連接到CAN總線(xiàn)的兩個(gè)網(wǎng)段上，實(shí)現中繼的功能。
中繼節點(diǎn)接收3種數據幀：廣播數據幀，需要被轉發(fā)的數據幀以及針對中繼節點(diǎn)的數據幀。對應于要接收的3種數據幀，分別設置3個(gè)接收濾波器。而普通節點(diǎn)只需設置2個(gè)濾波器即可滿(mǎn)足要求。從轉發(fā)的方式來(lái)講，轉發(fā)有直接轉發(fā)和翻譯轉發(fā)兩種。直接轉發(fā)是最簡(jiǎn)單的轉發(fā)方式。采用直接轉發(fā)方式要求兩個(gè)網(wǎng)段具有相同的數據幀格式，而數據幀格式不同時(shí)則需要采用翻譯轉發(fā)的方式。在液壓支架電液控制系統中，所有網(wǎng)段的數據幀格式都是相同的。因此，中繼節點(diǎn)采用直接轉發(fā)方式。
圖2CAN總線(xiàn)節點(diǎn)電路原理圖
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