目前礦井提升信號采用的并行信號通訊方法，提升信號線數量多，故障率高、安全性低、隨著煤礦開采水平的延伸、礦井多水平開采，控制信號數量急劇上升。隨著控制信號線種類、數量大量增加，不但礦井投資增加、設備安裝維修困難，控制信號之間的干擾容易引起設備的誤動作，錯誤信號是煤礦事故產生的一個重要根源。

CAN總線網絡以兩線制串行通信方法，以其很高的抗干擾能力、很好的差錯控制能力，高可靠性，多節(jié)點網絡互聯、高速率長距離的傳輸特性，完善的通訊協(xié)議、維修簡便等優(yōu)點，可以很好的滿足煤礦提升信號系統(tǒng)的要求。

CAN總線煤礦提升信號系統(tǒng)的特點

煤礦提升信號的特點是多信號、長距離傳輸、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、強大的計算能力、及方便的顯示功能，完成提升機房與井口和井信號操車控制臺的信號通訊，實現對提升信號進行工作方式信號的接收、發(fā)送和交換；進行水平信號指示；發(fā)出安全保護信號；執(zhí)行工作信號控制；發(fā)出事故信號、檢修信號、進行系統(tǒng)的保護；進行裝置的閉鎖信號、自動與手動操作信號、提升信號的判斷與控制。

對于提升機上行和下行，正常速度、慢速進行聲光顯示系統(tǒng)，采用CAN總線技術，串行通訊的方法對信號進行整合處理。系統(tǒng)線路簡單、安裝方便、具有較強的抗干擾能力，提高了煤礦的安全生產程度。

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通訊功能、具有提升信號的顯示功能、信號指令之間閉鎖功能、信號與開車回路的閉鎖功能、急停信號與絞車安全回路閉鎖功能、提升次數的記憶功能、系統(tǒng)與PC機的RS232接口。

CAN總線煤礦提升信號系統(tǒng)的組成及操作站硬件電路設計

系統(tǒng)由煤礦提升機房信號操作站，井口操作站，水平信號操作站，井底信號操作站組成，操作臺之間由CAN總線網絡連接，操作臺硬件由PIC18F458 單片機為控制核心，通過PIC18F458 單片機對通訊信息進行邏輯處理，由CAN 通信接口信號處理器MCP2551對控制信號進行遠距離信號傳輸，系統(tǒng)通過LCD進行信號顯示，同時信號通過MAX232串口與PC機進行顯示。如圖1所示基于CAN總線煤礦提升信號系統(tǒng)的機構圖。

圖1 基于CAN總線煤礦提升信號系統(tǒng)機構圖

美國微芯公司的PIC18F458 單片機集成了CAN 通信接口，執(zhí)行Bosch 公司的CAN2.0A/B 協(xié)議。使用PIC18F458 單片機的嵌入式系統(tǒng)，可以很方便的利用CAN 總線與外界進行數據交換。它的優(yōu)點是電路接口比較簡單，只需很少的外圍電路就可實現CAN 通信，受硬件限制比較少；軟件編程容易實現所需功能。

各操作站信息通訊具有以下特點：

• 1）可靠性高，支持多操作站，鏈路簡單，并支持優(yōu)先級處理。
• 2）采用多主工作方式，網絡操作站上任意節(jié)點均可主動向其他節(jié)點發(fā)送信息，且可按系統(tǒng)實時性要求分成不同的優(yōu)先級，一旦發(fā)生總線沖突可減少總線仲裁時間。
• 3）采用短幀結構并有硬件CRC 校驗，受干擾概率低，總線占用時間短，可保證通信的實時性。
• 4）操作站發(fā)送的信息遭到破壞后，可自動重發(fā)，節(jié)點在錯誤嚴重時具有自動退出總線的功能，不影響總線的通訊。
• 5）其傳輸介質可用雙絞線、同軸電纜或光纖，通信速率最高達1Mbps/40m和5Kbps/10km。
• 6）單條總線可接多個操作站節(jié)點并可通過網橋方便地擴充節(jié)點數，與井下網絡進行聯絡通訊。

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、CAN 通信信號處理器MCP2551、與PC串口通訊的 MAX232芯片、顯示LCD及信號按鈕、報警器組成。

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)和顯示報警提供電壓，操作站中的微處理器通過接收按鈕信號與CAN總線信號進行邏輯處理，發(fā)出響應信號，由CAN總線信號處理器MCP2551與上下操作站進行信息聯絡，完成提升信號系統(tǒng)功能。

系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)軟件由CAN總線信息處理部分、控制信號信息處理部分、LCD信息處理部分、PIC18F458 單片機與PC機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中斷服務程序、CAN數據采集接收發(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、輸入按鍵防抖動程序、輸入信號數字濾波程序、信號邏輯處理程序、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讀寫控制程序。

⑷ PIC18F458 單片機與PC機RS232串行通訊部分：主要包括PIC18F458單片機異步收發(fā)通訊程序、應用VB6.0編寫的PC機串口通訊程序及顯示界面程序。

結論

應用CAN現場總線技術進行煤礦提升信號系統(tǒng)技術更新，改變了過去礦井提升信號并行通訊方法，簡化了系統(tǒng)硬件結構，安裝維護更為簡單方便，提高了煤礦提升信號系統(tǒng)的安全性。系統(tǒng)多節(jié)點通訊網絡互聯結構、高速率長距離的傳輸特性，解決了煤礦開采水平的向下延伸、礦井多水平開采、控制信號數量急劇上升的問題。

研制的設備在新疆雨田煤業(yè)有限公司煤礦運行了一年，系統(tǒng)完成了煤礦7個操作站、13個節(jié)點、45路信號的通訊，系統(tǒng)運行穩(wěn)定、信號通訊質量高，沒有發(fā)生過誤動作情況，圓滿解決了1380m長距離多通道信號通訊問題，由于硬件采用嵌入式系統(tǒng)，系統(tǒng)成本大幅降低。系統(tǒng)的兩線制結構，使得現場設備安裝維護簡單方便，受到工人和技術人員的好評。

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