| 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。 变电所电力采集器：采集的电气参数为功率、电压、电流、电能等。非电气参数为水仓液位、变压器油温、抽风机负压、料 位等。 泵房控制器：泵的开停控制，甲烷（瓦斯）CH4浓度、水位、湿度、粉尘浓度和风门等。 皮带机：因皮带机埋机头，拉断皮带等事故时有发生，所以对其保护应加强，实时监控煤位、防滑、巷道通讯、烟雾浓度等工作面：开停控制、甲烷（瓦斯）浓度、一氧化碳浓度、湿度、粉尘浓度和风门等。 掘进头：开停控制、一氧化碳浓度、湿度、粉尘浓度、风速、风筒和风门等。 这些系统可能来自不同的厂家，有不同的通讯接口，控制方式各异，那么给整体的管理带来了极大的不便。即使采用统一的接口，传统的RS-485方式也已经不适合如此大型的整体项目，当前形式迫切需要我们提出新的通讯解决方案。 | |||||||||||
| CAN-bus总线特点 | |||||||||||
| CAN（Controller Area Network）总线最早由德国BOSCH公司提出，主要用于汽车内部测量与控制中心之间的数据通信。由于其良好的性能，在世界范围内广泛应用于其他领域当中，如工业自动化、汽车电子、楼宇建筑、电梯网络、电力通讯和安防消防等诸多领域，并取逐渐成为这些行业的主要通讯手段。 现场总线CAN-bus的特点： 1、国际标准的工业级现场总线，传输可靠，实时性高； 2、传输距离远（无中继最远10Km），传输速率快（最高1Mbps）； 3、单条总线最多可接110个节点，并可方便的扩充节点数； 3、总线上各节点的地位平等，不分主从，突发数据可实时传输； 4、非破坏总线仲裁技术，可多节点同时向总线发数据，总线利用率高； 5、出错的CAN节点会自动关闭并切断和总线的联系，不影响总线的通讯； 6、报文为短帧结构并有硬件CRC校验，受干扰概率小，数据出错率极低； 7、对未成功发送的报文，硬件有自动发功能，传输可靠性很高； 8、具有硬件地址滤波功能，可简化软件的协议编制； 9、通讯介质可用普通的双绞线、同轴电缆或光纤等； 10、CAN-bus总线系统结构简单，性价比极高。 CAN-bus用于煤矿通讯系统当中，不仅可以增强系统的通讯可靠性、延长系统的距离、扩充系统的节点数，还能增强系统的实时性，让管理者和主控设备能及时了解和处理当前的井下情况，发觉事故隐患，避免事故发生。 对于煤矿系统的本安要求，只需总线要CAN-bus设备的电源符合本安要求即可。现场总线CAN-bus本身是符合本质安全要求的 | |||||||||||
| CAN-bus总线与RS-485通讯比较 | |||||||||||
| 与通常应用的RS-485方式相比，现场总线CAN-bus具有更多方面的优势，可以完全取代RS-485网络，从而组建一个具有高可靠性、远距离、多节点、多主方式的设备通讯网络。同时，现场总线CAN-bus可以直接采用RS-485方式相同的传输电缆、拓扑结构 CAN-bus总线与RS-485通讯方式的特性比较如下表1所示：
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