CAN总线在采煤机监控系统中的应用

基于CAN总线的煤矿监测监控系统研究罗曦发布时间：2022-03-06T05:27:55.803Z 来源：《建筑模拟》2021年第12期作者：罗曦[导读] 煤矿生产系统中具有强大的特殊性，这也就代表着煤矿开采过程中可能导致其监测监控系统的发展态势相对不稳定，所以CAN总线的使用在煤矿监测监控系统中受到了广泛的应用，本文通过对煤矿使用CAN总线的监测监控系统进行了相应的探究，通过模拟设计CAN总线煤矿监测监控系统具有光纤自愈环结构的传输干线，提出了三种CAN智能调控的方案设计以及CAN/RS232网关线路设计。

中煤科工集团常州研究院有限公司江苏常州 213015摘要：煤矿生产系统中具有强大的特殊性，这也就代表着煤矿开采过程中可能导致其监测监控系统的发展态势相对不稳定，所以CAN 总线的使用在煤矿监测监控系统中受到了广泛的应用，本文通过对煤矿使用CAN总线的监测监控系统进行了相应的探究，通过模拟设计CAN总线煤矿监测监控系统具有光纤自愈环结构的传输干线，提出了三种CAN智能调控的方案设计以及CAN/RS232网关线路设计。

关键词：现场总线；控制器局域网；监测监控；现场总线控制系统 0.引言随着我国现代化国家建设进程不断发展，我国对煤炭能源消耗也越来越多，所以煤矿行业的创新发展与安全生产是势在必行的重要管理措施，在煤矿的生产系统中，监测监控是重要的安全生产组成部分，在传统的煤矿监控系统中是利用RS-485总线进行数据传输布置的，该总线有着传输速度较慢、传输距离较短、定位精度较低、集成度较低以及使用成本较高的特点，所以在煤矿监测监控系统中要顺应时代的发展，采用更高效的总线线路布置方式来进行设计。

在科技创新的发展前提下，CAN总线的特性要强于RS-485的性能，所以在煤矿监测监控系统中，应给予一定的创新设计，采用CAN总线提升监测监控系统的高效性能，同时CAN总线的设计中可以以STM32单片机为井下监测奋战控制核心，结合多传感器监测井下环境参数以及人员RFID定位，以CAN总线为主要传输路线，实现快速的动态人机交互模式。

煤矿远程通讯中的CAN-bus应用前言煤矿安全无疑已成为社会关注的热点，不仅对社会经济有影响，更关乎矿业人员的生命安全。

产生煤矿安全隐患的原因之一是对有害情况的监测和控制存在一些缺陷；并且，煤矿中各种类型系统相互独立，信息不互通，也是造成统一管理不便的原因。

随着国家对煤矿安全生产的管理越来越规范，加强了对煤矿安全生产的监管力度，要求对矿井设备不仅有更全面的功能，通讯也要更加的实时可靠，以便及时了解与查询现场安全监测监控信息。

在此，我们根据自身经验，以及一些煤矿领域的相关应用，提出一种性价比非常高的现场总线通讯系统，即CAN-bus总线方案，用来解决煤矿系统的通讯问题。

煤矿通讯现状煤矿井下的环境是非常复杂和恶劣的，需要的工作设备和监测设备也非常之多。

井下检测环境的主要特点有：环境异常恶劣。

系统的观测点多数都在井下和高压设备的环境中，受到较强的电磁辐射和耐潮耐腐的考验，不仅检测的准确度受到一定的干扰，而且数据的传输也变得不那么可靠。

检测对象种类繁多。

矿井下的很多环境参数都会牵涉到事故的发生。

比如通风不足造成瓦斯浓度过大可能导致瓦斯爆炸。

一氧化碳浓度过大会导致井下工作人员中毒，等等。

所以每一项相关的参数都得测量并及时准确的传输到控制中心，便于分析当前井下环境的安全程度，尽可能的避免煤矿事故。

测点分布广。

测点分布不仅广，而且分布不均匀，从而使传感器信号和各种检测信号传送变得复杂和困难。

需要中央监控室集中监测。

系统观测项目多，测点分布广，一般设置在煤矿调度室进行集中监测与控制，所以需要安全可靠的远距离传输。

这里列出部分的重要煤矿设备及其相关的测量控制参数。

考勤和巡检系统：实际上可以将考勤和巡检功能用一个系统来完成，不必分成独立的两个系统。

该系统已使用到射频读卡技术。

整个系统用于人员安全和记录管理。

安全环境监测系统：主要用于测量自然环境参数，如甲烷（瓦斯）CH4浓度、一氧化碳CO浓度，二氧化碳CO2浓度、风速风向、负压、温度、湿度、粉尘浓度等。

基于CAN总线技术在煤矿采煤机的应用摘要：现阶段，CAN总线技术已广泛应用到采煤机电控系统中，由于其实时性强、错误处理和检错机制完善、抗电磁干扰能力强、传输距离较远、接线少、成本低等优点，使得采煤机电控系统在性能上得到了很大的提高。

采煤机在煤矿井下工作面的工作条件非常恶劣，CAN总线技术在使用过程中也存在着诸多问题，解决采煤机CAN总线技术的常见故障，提高采煤机开机率显得非常重要。

基于此，本文对基于CAN总线技术在煤矿采煤机的应用进行了详细地分析与探究。

关键词：CAN总线技术；煤矿采煤机；应用1、我国煤矿采煤机的发展现状随着我国科学技术的发展，煤矿开采技术快速发展和完善，就采煤技术而言，已经初步形成了能够适应不同开采环境和条件的综采成套设备。

但是和德国、法国、美国、加拿大等发达国家的采矿技术相比，仍然存在一定差距，主要体现在以下几个方面：1.1 缺乏行之有效的基础理论山西矿产资源部门在2016年7月对20个国家的综采采煤机进行深入调查，数据显示，像西方发达国家在研究综采采煤机时比较注重元部件的理论研究，在采煤机设计中都具有大量先进、科学的理论支持。

而我国在研究综采采煤机时，往往只注重性能和安全系数，对基础部件理论的研究少之又少。

导致我国研究的采煤机经常出现质量问题，严重影响了采煤效率，同时自动化方面的理论研究也需要进一步强化。

1.2 缺乏核心技术的支持通过调查显示，我国煤矿采煤机在生产加工过程中，仍然采用普通的加工机具进行加工，导致其零件的精度和准确度难以保障。

同时在电气零件、液压零件、轴承、电动机、关键元件等安装过程中，缺乏精细的装配工具和装配工艺。

大大降低了综采采煤机的可靠性、稳定性和使用寿命，比如：我国大多数综采采煤机的齿轮运转寿命只有4000~5000h，而德国、法国的综采采煤机的齿轮运转寿命普遍在15000h以上，从这两组数据可以可以看出国产综采采煤机的使用寿命还不足国外的1/3。

2、CAN总线技术的特点分析2.1 多主结构多主结构有别于主从式结构，即总线上的节点没有绝对的主机的概念，当总线空闲时，连接到总线上的任一节点都可以主动发送信息成为主机。

现场总线CAN-bus 在煤矿通讯中的优势煤矿生产是与国计民生密切相关的一个领域。

其中，煤矿平安无疑是大家关注的热点之一，不仅对社会经济有影响，更关系到每个矿业人员的生命平安。

煤矿系统中原先的各类独立设备已经不能够满足现代化煤矿生产的需求；组建一个技术先进的煤矿通讯网络，对煤矿的工作人员、现场环境参数进行监测、控制，形成一个能够满足地域化控制、符合煤矿平安要求的煤矿数据/信息管理系统，这已经是煤矿行业的开展大趋势。

煤矿企业内部通过煤矿通讯网络传输各类现场数据；通常传输的是来往于各个现场设备之间的控制类数据，一般都属于小流量、实时数据。

煤矿通讯主要涉及以下两个方面的应用：●考勤和巡检系统●作业现场环境监测同时，煤矿通讯具有非常明显的自身行业特点：●设备符合本质平安要求●现场环境恶劣●通讯距离较远●数据传输要求可靠实时●同一网络设备节点较多按国家对煤矿企业中现场通讯设备的参数要求，目前在煤矿行业中可运行的常见通讯方式有串行通讯RS-485、现场总线CAN-bus、调制解调Modem、无线通讯等几种方式。

本文将比照这几种通讯方式，并结合实际工程的运行经验，从而汇总一些煤矿行业应用现代化通讯的特点、优势，并且介绍现场总线CAN-bus 的主要优势。

1、串行通讯RS-485国际EIA 协会在1983 年制定了RS-485 标准，这是一个串行通讯的电气标准。

与第一代的RS-422 标准相比，RS-485 标准支持多点、双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围。

RS-485 标准是一种实现本钱较低的多点网络通讯方式，通用RS-485 收发器的价格低于10 元/个；RS-485 网络是最常见到的通讯方式之一，单一网络能够连接32 个节点，通讯距离够到达1200 米；RS-485 设备可以基于普通单片机UART 端口进行开发，电路设计简单。

在工业自动化设备、分布式数据采集、楼宇安防、早期的煤矿网络等领域，RS-485 设备是最常见到的通讯设备之一。

电气与控制工程学院班级：自动化0901......基于CAN总线的矿井安全监控系统xxx（ xxxxxxxx电气与控制工程学院，临潼710600）摘要：文章介绍了CAN 总线的特点和通信协议，重点阐述了其在煤矿安全监测系统中的应用及前景。

关键词：CAN总线；安全监控Abstract：This paper introduces the characteristics and communication protocol of CAN bus,especially about its application and prospect of mine safety monitoring system.Key words：CAN bus；safety monitoring0 引言煤矿生产环节多、大型机电设备多、高温高湿，为确保工作人员人身安全，提高生产效率，节约生产成本，煤矿安全监控系统的应用愈来愈广泛，对现代化矿井调度管理日益显示出其重要性。

控制器区域网(Controller Area Network)CAN是Bosch公司为现代汽车应用领先推出的一种多主机局部网，现在已经成为在仪表装置通讯的新标准. 它提供高速数据传送, 在短距离(40m)条件下具有高速(1Mbit/s)数据传输能力,而在最大距离10000m时具有低速(5kbits/s)传输能力, 极适合应用在高速的工业自控上。

1 CAN总线的特点多主总线，即每个节点机均可成为主机，且节点机之间也可进行通信；.通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维，通信速率可达1Mbps；CAN总线通信接口中集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处理，包括位填充、数据块编码、循环冗余校验、优先级判别等项工作；CAN 协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码，而代之以对通信数据块进行编码。

采用这种方法的优点可使网络内的节点个数在理论上不受限制，数据块的标识码可由11位或29位二进制数组成,因此可以定义211或229个不同的数据块,这种按数据块编码的方式,还可使不同的节点同时接受到相同的数据,这一点在分步式控制中非常重要；数据段长度最多为8个字节,可满足通常工业领域中控制命令,工作状态及测试数据的一般要求.同时，8个字节不会占用总线时间过长,从而保证了通信的实时性；CAN协议采用CRC检验并可提供相应的错误处理功能,保证了数据通信的可靠性。

基于CAN总线的煤矿监测监控系统分析摘要：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。