基于 CAN总线的煤矿监测监控系统分析

基于 CAN总线的煤矿监测监控系统分析

陶蒙蒙

中煤科工集团常州研究院有限公司 江苏 常州 213000

摘要：煤矿监控系统中CAN通信技术的设计，是通过对现有系统通信方式的比较和存在问题的综合分析，选择最新通信的数字化设计方案，具有良好的检测效果。基于此，笔者将分析与探讨基于CAN总线的煤矿监测监控系统。

关键字：CAN总线；煤矿监测监控系统分析；监控系统

引言：做好煤矿监测监控和确保煤矿安全生产问题，是煤炭作为国民经济支柱产业安全高速可持续发展的前提。特别是施工企业要对煤矿井下各种灾害性气体、运输设备、工况环境、矿山机电设备等设备进行综合监测，才能保证整个煤矿的安全运行。

一、基于CAN总线的煤矿监测

基于CAN总线的煤矿监测监控主要是由操作站、控制站及其网络组成，有效提高了检测的效率，可以避免出现连锁故障的情况。同时操作人员可以掌握操作过程、预警情况和数据，进而指导施工企业采取针对性措施。

二、基于CAN总线的安全监控系统的优点

CAN总线的运行方式为多主机运行，任何节点都可以通过干线随时向其他干线传输信息。其次CAN总线带有无损自动判断技术，当系统中同时出现的两个小节点向，CAN总线传输信息时，下层节点可以暂停传输，等待高层节点优先传输后再传输，进而有效地缩短了总线的判断时间。其次在CAN总线模式下，一个节点可以传输到一个节点，一个节点可以传输到多个节点，一个节点可以传输到所有节点。特别是CAN数据传输精度高、速度快，实现了信息的快速共享。特别是CAN总线采用短帧传输，可以与检测技术相结合，提高了检测的正确率。最后是CAN具有完善的通信协议优势，该系统开发简单，可直接由CAN总线控制芯片实现。此外CAN的成本低，与集中式监控系统相比，节省了大量电缆等设备的采购，当前CAN总线模式的煤矿安全监控系统的工程造价也大大提高减少。

三、基于CAN总线的煤矿监测监控系统

（一）总线扩展，多公里范围内复杂系统的监控

从理论上讲CAN总线中的节点数目是没有限制的，但节点数目小于110的设置有利于保证日常通信的质量。由于煤矿安全监测系统的子系统众多，或购买CAN总线的PCI卡，然后相关人员课堂通过以太网进行扩展。在此过程中，CAN总线的扩展主要是通过中心站进行的。并且CAN总线采用总线拓扑结构，如图1，每个节点都可以像以太网节点一样直接连接到干线。这要求施工企业利用派专职人员负责收集和处理生产环境和设备状态的安全监测数据，实现设备的就地控制，注重输电系统的关键设备。最后各种数据通过其传输电路发送和接收，提高施工人员接受监测信息与传播信息的能力，有助于施工部门做出科学决策。

图1基于CAN总线的安全监控系统流程图

例如监控系统的核心部分主要包括：信息数据的采集与传输、中心数据的处理和各种设备的控制。近年来，相关人员根据矿山安全监控的需要，使得建立一个基于网络的开放式矿井监控系统成为可能受到了广大工作者的一致好评。同时CAN多采用短帧传输可以有效地抵抗干扰由于其高性能和高可靠性，在煤矿安全监控系统中得到越来越多的应用其次CAN总线可以对数据进行帧处理，不同于传统的编码方式，不编码站点地址，而是编码数据。再次CAN总线在煤矿监控系统中的作用是：能灵活地连接监控模块，无需改动，扩展力强等。最后CAN总线结构为短帧通信，信息传输时间短，不易受干扰；当信息传输与其他验证技术相结合时，与其他节点分离，以免影响系统的其他节点。

（二）节点设计

基于CAN总线的煤矿监测监控系统是一种分布式管理系统，所谓集中化，是指在中心站可以对CAN总线中的任何节点进行组合、配置和监控。所谓去中心化，是指系统中的控制节点、具有防止数据丢失的功能。在设计CAN总线时，各模式必须满足CAN总线的单元规则，以便与CAN总线良好的连接。其中数据采集与处理单元数据交互单元主要完成传感器、执行器、断路器、检测设备等系统部件与监控变电所之间的数据采集与交互。而且施工人员要及时反映环境条件和设备运行参数的作用，提高及时反应的能力

例如目前模拟传感器和开关传感器主要应用于煤矿安全监控系统中，其中储水罐、煤仓、电流、功率；开关量传感器主要分为设备开关状态、电机送料状态和风门开关状态。最后CAN可以进行采集与处理单元又称主控单元。主要将各传感器、执行机构、断路器和试验设备的监测执行信息上传至监测分站，并从监测分站接收各传感器、执行机构、断路器和试验设备的数据采集和命令操作，进而优化节点设计。

（三）重视数据链路传输

所有的总线节点都是由操作人员设计的，数据链路传输都可以采用“树形结构”方式，一般分为骨干网和分支网。同时骨干网的发展是从最早的单点上传到目前的环网上传，主要依靠网络传输。其次施工人员可以利用井内监测主机对各系统采集的数据进行分析、处理和控制，监测主机交换井内数据，机组与井下交换机相连，多台井下交换机组成井下环网，形成通信链路的环网数据链路通信。而传感变电所的数量则因设备、执行器、电源等的不同而有所不同，监测变电站下方悬挂断路器和检测设备，完成整个煤矿安全监测的数据采集和安全控制。当发生危险时，监测变电所将命令信息发送给执行机构或断电，无法采集和设置所属设备的本体信息，且各设备功能单一。特别是传统的通信方式明显受到电磁干扰的干扰经常出现“数量大”的假象，严重影响煤矿安全生产，而基于CAN总线的煤矿检测监控习题具有检测周期长、远程断电等优点。

例如相关人员可以采用CAN总线通信方式可以完成各设备本体的信息采集，如设备电源电压过低、检测测试元件故障、在线校准、即插即用、地址设置、维修信息统计等，通过数据通信的双向交互，可以完成设备寿命跟踪等。最后在CAN总线的多主通信方式下，相关人员可以主动上传信息，对提高数据的及时性和准确性具有较高的使用价值。

结论：CAN总线数字通信采用多主传输方式，在检测周期、远程断电、数据存取等方面具有明显的优势。同时相关人员应该立足于CAN总线数字传输电路的三部分，在数据交互、实时性、抗电磁干扰等方面提出了新的设计方案。这要求施工企业要积极利用CAN总线在煤矿检测监控系统中的应用，保证了数据采集和传输的准确性和及时性。

参考文献：

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[2]王其轩,陈北辰. 基于CAN总线的煤矿安全监控系统设计[J]. 煤炭工程,2019,51(03):28-32.

[3]刘捷. 基于CAN总线的井下采区变电所无人值守监控系统设计应用[J]. 水力采煤与管道运输,2019(02):66-67.