目前礦井提升信號(hào)采用的并行信號(hào)通訊方法，提升信號(hào)線數(shù)量多，故障率高、安全性低、隨著煤礦開(kāi)采水平的延伸、礦井多水平開(kāi)采，控制信號(hào)數(shù)量急劇上升。隨著控制信號(hào)線種類(lèi)、數(shù)量大量增加，不但礦井投資增加、設(shè)備安裝維修困難，控制信號(hào)之間的干擾容易引起設(shè)備的誤動(dòng)作，錯(cuò)誤信號(hào)是煤礦事故產(chǎn)生的一個(gè)重要根源。

CAN總線網(wǎng)絡(luò)以?xún)删€制串行通信方法，以其很高的抗干擾能力、很好的差錯(cuò)控制能力，高可靠性，多節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、高速率長(zhǎng)距離的傳輸特性，完善的通訊協(xié)議、維修簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，可以很好的滿足煤礦提升信號(hào)系統(tǒng)的要求。

CAN總線煤礦提升信號(hào)系統(tǒng)的特點(diǎn)

煤礦提升信號(hào)的特點(diǎn)是多信號(hào)、長(zhǎng)距離傳輸、高可靠性及邏輯控制系統(tǒng)，系統(tǒng)以嵌入式微處理器的高速度、軟件的邏輯判斷、強(qiáng)大的計(jì)算能力、及方便的顯示功能，完成提升機(jī)房與井口和井信號(hào)操車(chē)控制臺(tái)的信號(hào)通訊，實(shí)現(xiàn)對(duì)提升信號(hào)進(jìn)行工作方式信號(hào)的接收、發(fā)送和交換；進(jìn)行水平信號(hào)指示；發(fā)出安全保護(hù)信號(hào)；執(zhí)行工作信號(hào)控制；發(fā)出事故信號(hào)、檢修信號(hào)、進(jìn)行系統(tǒng)的保護(hù)；進(jìn)行裝置的閉鎖信號(hào)、自動(dòng)與手動(dòng)操作信號(hào)、提升信號(hào)的判斷與控制。

對(duì)于提升機(jī)上行和下行，正常速度、慢速進(jìn)行聲光顯示系統(tǒng)，采用CAN總線技術(shù)，串行通訊的方法對(duì)信號(hào)進(jìn)行整合處理。系統(tǒng)線路簡(jiǎn)單、安裝方便、具有較強(qiáng)的抗干擾能力，提高了煤礦的安全生產(chǎn)程度。

本系統(tǒng)主要功能有：地面與水平操作站、水平與水平操作站之間的信號(hào)通訊功能、具有提升信號(hào)的顯示功能、信號(hào)指令之間閉鎖功能、信號(hào)與開(kāi)車(chē)回路的閉鎖功能、急停信號(hào)與絞車(chē)安全回路閉鎖功能、提升次數(shù)的記憶功能、系統(tǒng)與PC機(jī)的RS232接口。

CAN總線煤礦提升信號(hào)系統(tǒng)的組成及操作站硬件電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)由煤礦提升機(jī)房信號(hào)操作站，井口操作站，水平信號(hào)操作站，井底信號(hào)操作站組成，操作臺(tái)之間由CAN總線網(wǎng)絡(luò)連接，操作臺(tái)硬件由PIC18F458 單片機(jī)為控制核心，通過(guò)PIC18F458 單片機(jī)對(duì)通訊信息進(jìn)行邏輯處理，由CAN 通信接口信號(hào)處理器MCP2551對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸，系統(tǒng)通過(guò)LCD進(jìn)行信號(hào)顯示，同時(shí)信號(hào)通過(guò)MAX232串口與PC機(jī)進(jìn)行顯示。如圖1所示基于CAN總線煤礦提升信號(hào)系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)圖。

圖1 基于CAN總線煤礦提升信號(hào)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)圖

美國(guó)微芯公司的PIC18F458 單片機(jī)集成了CAN 通信接口，執(zhí)行Bosch 公司的CAN2.0A/B 協(xié)議。使用PIC18F458 單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)，可以很方便的利用CAN 總線與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。它的優(yōu)點(diǎn)是電路接口比較簡(jiǎn)單，只需很少的外圍電路就可實(shí)現(xiàn)CAN 通信，受硬件限制比較少；軟件編程容易實(shí)現(xiàn)所需功能。

各操作站信息通訊具有以下特點(diǎn)：

• 1）可靠性高，支持多操作站，鏈路簡(jiǎn)單，并支持優(yōu)先級(jí)處理。
• 2）采用多主工作方式，網(wǎng)絡(luò)操作站上任意節(jié)點(diǎn)均可主動(dòng)向其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，且可按系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求分成不同的優(yōu)先級(jí)，一旦發(fā)生總線沖突可減少總線仲裁時(shí)間。
• 3）采用短幀結(jié)構(gòu)并有硬件CRC 校驗(yàn)，受干擾概率低，總線占用時(shí)間短，可保證通信的實(shí)時(shí)性。
• 4）操作站發(fā)送的信息遭到破壞后，可自動(dòng)重發(fā)，節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重時(shí)具有自動(dòng)退出總線的功能，不影響總線的通訊。
• 5）其傳輸介質(zhì)可用雙絞線、同軸電纜或光纖，通信速率最高達(dá)1Mbps/40m和5Kbps/10km。
• 6）單條總線可接多個(gè)操作站節(jié)點(diǎn)并可通過(guò)網(wǎng)橋方便地?cái)U(kuò)充節(jié)點(diǎn)數(shù)，與井下網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行聯(lián)絡(luò)通訊。

圖2 操作站部分硬件電路圖

如圖2所示，操作站硬件電路由PIC18F458 單片機(jī)、CAN 通信信號(hào)處理器MCP2551、與PC串口通訊的 MAX232芯片、顯示LCD及信號(hào)按鈕、報(bào)警器組成。

系統(tǒng)采用KDW65隔爆兼本安多路電源，分別為微處理器系統(tǒng)和顯示報(bào)警提供電壓，操作站中的微處理器通過(guò)接收按鈕信號(hào)與CAN總線信號(hào)進(jìn)行邏輯處理，發(fā)出響應(yīng)信號(hào)，由CAN總線信號(hào)處理器MCP2551與上下操作站進(jìn)行信息聯(lián)絡(luò)，完成提升信號(hào)系統(tǒng)功能。

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件由CAN總線信息處理部分、控制信號(hào)信息處理部分、LCD信息處理部分、PIC18F458 單片機(jī)與PC機(jī)RS232串行通訊部分組成。

⑴ CAN總線信息處理部分：主要包括CAN初始化程序、CAN中斷服務(wù)程序、CAN數(shù)據(jù)采集接收發(fā)送程序。CAN軟件主流程如圖3示。

圖3 CAN軟件主流程圖

⑵ 控制信號(hào)信息處理部分：主要包括系統(tǒng)初始化程序、輸入按鍵防抖動(dòng)程序、輸入信號(hào)數(shù)字濾波程序、信號(hào)邏輯處理程序、系統(tǒng)優(yōu)化程序、CAN接口程序。

⑶ LCD信息處理部分：主要包括LCD初始化程序、LCD使能控制程序、LCD讀寫(xiě)控制程序。

⑷ PIC18F458 單片機(jī)與PC機(jī)RS232串行通訊部分：主要包括PIC18F458單片機(jī)異步收發(fā)通訊程序、應(yīng)用VB6.0編寫(xiě)的PC機(jī)串口通訊程序及顯示界面程序。

結(jié)論

應(yīng)用CAN現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)進(jìn)行煤礦提升信號(hào)系統(tǒng)技術(shù)更新，改變了過(guò)去礦井提升信號(hào)并行通訊方法，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，安裝維護(hù)更為簡(jiǎn)單方便，提高了煤礦提升信號(hào)系統(tǒng)的安全性。系統(tǒng)多節(jié)點(diǎn)通訊網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)結(jié)構(gòu)、高速率長(zhǎng)距離的傳輸特性，解決了煤礦開(kāi)采水平的向下延伸、礦井多水平開(kāi)采、控制信號(hào)數(shù)量急劇上升的問(wèn)題。

研制的設(shè)備在新疆雨田煤業(yè)有限公司煤礦運(yùn)行了一年，系統(tǒng)完成了煤礦7個(gè)操作站、13個(gè)節(jié)點(diǎn)、45路信號(hào)的通訊，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、信號(hào)通訊質(zhì)量高，沒(méi)有發(fā)生過(guò)誤動(dòng)作情況，圓滿解決了1380m長(zhǎng)距離多通道信號(hào)通訊問(wèn)題，由于硬件采用嵌入式系統(tǒng)，系統(tǒng)成本大幅降低。系統(tǒng)的兩線制結(jié)構(gòu)，使得現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備安裝維護(hù)簡(jiǎn)單方便，受到工人和技術(shù)人員的好評(píng)。

（摘編自《電氣技術(shù)》，原文標(biāo)題為“基于CAN總線的煤礦提升信號(hào)系統(tǒng)的研制”，作者為郭輝。）