CAN總線技術在礦井安全生產監(jiān)控系統(tǒng)中的應用

我國的礦井安全生產監(jiān)控系統(tǒng)經歷了從無到有，從簡到繁，從一體機到網絡化，從二級網絡到多級網絡的綜合監(jiān)控的過程。經過十幾年的應用表明，礦井安全生產監(jiān)控系統(tǒng)為我國煤礦安全生產和現(xiàn)代化管理起到了顯著作用。但是，由于現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)幾乎都采用各自專用的通信協(xié)議，所以，很難找到兩個相互兼容的系統(tǒng)。目前，信息傳輸系統(tǒng)的兼容性已成為裝備監(jiān)控系統(tǒng)的各局、礦進一步擴充系統(tǒng)功能的制約因素。因此，尋找一種解決系統(tǒng)兼容性問題的途徑，對促進礦井監(jiān)控技術的發(fā)展和系統(tǒng)的推廣應用均具有十分重要的意義。

礦井安全生產監(jiān)控系統(tǒng)中采用通信協(xié)議的現(xiàn)狀

通信協(xié)議是在網絡中用于規(guī)定信息的格式以及信息如何發(fā)送和接收的一套規(guī)則。處于網絡中的節(jié)點必須遵循雙方約定的規(guī)則才能保證數(shù)據(jù)的正確接收和發(fā)送。目前我們自行研制的KJ93礦井安全生產監(jiān)控系統(tǒng)采用的就是RS-485($14.5000)通信協(xié)議，其網絡結構如圖1所示。

CAN通信協(xié)議的應用

礦井安全生產監(jiān)控系統(tǒng)是對煤礦井下的瓦斯、通風、排水等狀況和各種機電設備工作狀態(tài)進行監(jiān)測和控制，并用計算機分析處理所取得數(shù)據(jù)的一種系統(tǒng)。其特點可以概括為：監(jiān)測傳輸數(shù)據(jù)種類多，測點數(shù)量大，測點分布廣，使用環(huán)境異常惡劣。因此，礦用產品在選擇各系統(tǒng)之間或系統(tǒng)內設備之間的總線協(xié)議所遵循的原則是高可靠、高速、高實時性。

1.CAN通信協(xié)議應用于礦井安全生產監(jiān)控系統(tǒng)的可行性

CAN總線是一種對等式的層間現(xiàn)場總線網，協(xié)議比RS-485協(xié)議更簡單，實時性更好，它的信息幀短，不會因為長時間發(fā)送而影響其他節(jié)點訪問總線。由于采用優(yōu)先級仲裁技術，當發(fā)生總線訪問沖突時優(yōu)先級高的信息仍可繼續(xù)發(fā)送，因此它更適用于礦井中對數(shù)據(jù)傳輸和實時控制要求較高的系統(tǒng)。

CAN總線通信協(xié)議和接口簡單，傳輸速率高，具有多種錯誤檢測手段，抗干擾性強，可滿足礦井安全生產監(jiān)控系統(tǒng)對高可靠性的要求。

CAN協(xié)議最大的特點是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，代之以對通信數(shù)據(jù)塊進行編碼。采用這種方法的優(yōu)點是使網絡內的節(jié)點個數(shù)在理論上不受限制。這種按數(shù)據(jù)塊編碼的方式，可以很容易地實現(xiàn)點對點通信。數(shù)據(jù)段長度最多為8個字節(jié)，可滿足控制命令、工作狀態(tài)及測試數(shù)據(jù)的一般要求。

由于CAN總線通信速率高，可靠性高，連接方便等諸多特點，有力地推動了應用開發(fā)的發(fā)展，反過來又促使器件生產廠商不斷推出新的CAN總線產品。目前各大半導體廠商競相推出CAN總線芯片，如Philips公司推出的82C200、SJA1000CAN通信控制器和82C250CAN總線收發(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總線產品及技術資料可獲取性、技術支持的可能性，也使得CAN總線能夠應用于礦用產品。

此外，CAN通信協(xié)議也是一種完全滿足《煤炭監(jiān)控系統(tǒng)總體設計規(guī)范》要求的總線協(xié)議。

2.礦井安全生產監(jiān)控系統(tǒng)的整體構成

如圖2所示即為采用CAN通信協(xié)議的礦井安全生產監(jiān)控系統(tǒng)網絡結構。CAN-bus與RS-485在電氣特性、網絡拓撲、傳播媒體等有許多相似的地方，目前，基于CAN與RS-485的網絡拓撲結構一般都采用終端匹配的總線型結構，而且也都沒有規(guī)定總線電纜的機械和材料參數(shù)。因此用CAN-bus網絡替換RS-485網絡是非常方便節(jié)省成本的，原有的網絡布局不需要作任何的改動，只需要用CAN節(jié)點來替換RS-485節(jié)點即可。此系統(tǒng)與KJ93礦井安全生產監(jiān)控系統(tǒng)的最主要的差別就是把原有系統(tǒng)中的KJJ26信息傳輸接口、監(jiān)控系統(tǒng)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(jiān)控系統(tǒng)軟件和基于CAN的工作站。此外，監(jiān)控主機還可以與服務器相連，接入局域網和Internet，從而實現(xiàn)遠程瀏覽與控制。

在礦井安全生產監(jiān)控系統(tǒng)中，雖然RS-485通信協(xié)議得到廣泛應用，但是隨著科學技術的發(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，越來越受到人們的重視，CAN國際標準的制定，更加推動了它的發(fā)展與應用。在礦井安全生產監(jiān)控系統(tǒng)中使用CAN通信協(xié)議提高了系統(tǒng)內部的通信速率，使得系統(tǒng)的實時性得到加強，降低了誤碼傳送率，更好地保證了系統(tǒng)的安全性。