CAN總線(xiàn)技術(shù)在礦井安全生產(chǎn)監控系統中的應用

我國的礦井安全生產(chǎn)監控系統經(jīng)歷了從無(wú)到有，從簡(jiǎn)到繁，從一體機到網(wǎng)絡(luò )化，從二級網(wǎng)絡(luò )到多級網(wǎng)絡(luò )的綜合監控的過(guò)程。經(jīng)過(guò)十幾年的應用表明，礦井安全生產(chǎn)監控系統為我國煤礦安全生產(chǎn)和現代化管理起到了顯著(zhù)作用。但是，由于現有的監控系統幾乎都采用各自專(zhuān)用的通信協(xié)議，所以，很難找到兩個(gè)相互兼容的系統。目前，信息傳輸系統的兼容性已成為裝備監控系統的各局、礦進(jìn)一步擴充系統功能的制約因素。因此，尋找一種解決系統兼容性問(wèn)題的途徑，對促進(jìn)礦井監控技術(shù)的發(fā)展和系統的推廣應用均具有十分重要的意義。

礦井安全生產(chǎn)監控系統中采用通信協(xié)議的現狀

通信協(xié)議是在網(wǎng)絡(luò )中用于規定信息的格式以及信息如何發(fā)送和接收的一套規則。處于網(wǎng)絡(luò )中的節點(diǎn)必須遵循雙方約定的規則才能保證數據的正確接收和發(fā)送。目前我們自行研制的KJ93礦井安全生產(chǎn)監控系統采用的就是RS-485($14.5000)通信協(xié)議，其網(wǎng)絡(luò )結構如圖1所示。

CAN通信協(xié)議的應用

礦井安全生產(chǎn)監控系統是對煤礦井下的瓦斯、通風(fēng)、排水等狀況和各種機電設備工作狀態(tài)進(jìn)行監測和控制，并用計算機分析處理所取得數據的一種系統。其特點(diǎn)可以概括為：監測傳輸數據種類(lèi)多，測點(diǎn)數量大，測點(diǎn)分布廣，使用環(huán)境異常惡劣。因此，礦用產(chǎn)品在選擇各系統之間或系統內設備之間的總線(xiàn)協(xié)議所遵循的原則是高可靠、高速、高實(shí)時(shí)性。

1.CAN通信協(xié)議應用于礦井安全生產(chǎn)監控系統的可行性

CAN總線(xiàn)是一種對等式的層間現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)，協(xié)議比RS-485協(xié)議更簡(jiǎn)單，實(shí)時(shí)性更好，它的信息幀短，不會(huì )因為長(cháng)時(shí)間發(fā)送而影響其他節點(diǎn)訪(fǎng)問(wèn)總線(xiàn)。由于采用優(yōu)先級仲裁技術(shù)，當發(fā)生總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)沖突時(shí)優(yōu)先級高的信息仍可繼續發(fā)送，因此它更適用于礦井中對數據傳輸和實(shí)時(shí)控制要求較高的系統。

CAN總線(xiàn)通信協(xié)議和接口簡(jiǎn)單，傳輸速率高，具有多種錯誤檢測手段，抗干擾性強，可滿(mǎn)足礦井安全生產(chǎn)監控系統對高可靠性的要求。

CAN協(xié)議最大的特點(diǎn)是廢除了傳統的站地址編碼，代之以對通信數據塊進(jìn)行編碼。采用這種方法的優(yōu)點(diǎn)是使網(wǎng)絡(luò )內的節點(diǎn)個(gè)數在理論上不受限制。這種按數據塊編碼的方式，可以很容易地實(shí)現點(diǎn)對點(diǎn)通信。數據段長(cháng)度最多為8個(gè)字節，可滿(mǎn)足控制命令、工作狀態(tài)及測試數據的一般要求。

由于CAN總線(xiàn)通信速率高，可靠性高，連接方便等諸多特點(diǎn)，有力地推動(dòng)了應用開(kāi)發(fā)的發(fā)展，反過(guò)來(lái)又促使器件生產(chǎn)廠(chǎng)商不斷推出新的CAN總線(xiàn)產(chǎn)品。目前各大半導體廠(chǎng)商競相推出CAN總線(xiàn)芯片，如Philips公司推出的82C200、SJA1000CAN通信控制器和82C250CAN總線(xiàn)收發(fā)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總線(xiàn)產(chǎn)品及技術(shù)資料可獲取性、技術(shù)支持的可能性，也使得CAN總線(xiàn)能夠應用于礦用產(chǎn)品。

此外，CAN通信協(xié)議也是一種完全滿(mǎn)足《煤炭監控系統總體設計規范》要求的總線(xiàn)協(xié)議。

2.礦井安全生產(chǎn)監控系統的整體構成

如圖2所示即為采用CAN通信協(xié)議的礦井安全生產(chǎn)監控系統網(wǎng)絡(luò )結構。CAN-bus與RS-485在電氣特性、網(wǎng)絡(luò )拓撲、傳播媒體等有許多相似的地方，目前，基于CAN與RS-485的網(wǎng)絡(luò )拓撲結構一般都采用終端匹配的總線(xiàn)型結構，而且也都沒(méi)有規定總線(xiàn)電纜的機械和材料參數。因此用CAN-bus網(wǎng)絡(luò )替換RS-485網(wǎng)絡(luò )是非常方便節省成本的，原有的網(wǎng)絡(luò )布局不需要作任何的改動(dòng)，只需要用CAN節點(diǎn)來(lái)替換RS-485節點(diǎn)即可。此系統與KJ93礦井安全生產(chǎn)監控系統的最主要的差別就是把原有系統中的KJJ26信息傳輸接口、監控系統軟件和KJF20型工作站分別更換為CAN接口適配器、適用于CAN 通信協(xié)議的監控系統軟件和基于CAN的工作站。此外，監控主機還可以與服務(wù)器相連，接入局域網(wǎng)和Internet，從而實(shí)現遠程瀏覽與控制。

在礦井安全生產(chǎn)監控系統中，雖然RS-485通信協(xié)議得到廣泛應用，但是隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，RS-485通信協(xié)議的不足與缺陷日益突出，而CAN通信協(xié)議以其獨特的設計思想、優(yōu)良的性能和極高的可靠性，越來(lái)越受到人們的重視，CAN國際標準的制定，更加推動(dòng)了它的發(fā)展與應用。在礦井安全生產(chǎn)監控系統中使用CAN通信協(xié)議提高了系統內部的通信速率，使得系統的實(shí)時(shí)性得到加強，降低了誤碼傳送率，更好地保證了系統的安全性。