基于CAN总线的嵌入式胶带机监控系统在大平矿的使用

邓景忱　苏波　钟辉华　张景龙

【摘要】现场总线技术是一项煤矿生产自动化是煤矿生产高产高效的必然要求，胶带机的驱动方式的多样性，胶带机各数据的实时性都使得基于现场总线技术的嵌入式控制系统越来越多的应用到煤矿生产控制系统中。本文介绍了大平矿引进该项技术并应用于胶带监控系统中的效果和经验。

【关键词】嵌入式;CAN总线;胶带监控

0.引言

CAN总线是以智能传感器、控制、计算机、数字通信、网络为主要内容的一种现场总线。它的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性，它采用短帧结构，传输时间短，受干扰概率低，CAN节点在错误严重的情况下，可自动关闭输出，使其它节点操作不受影响，另外在通信介质的选择方面CAN总线可为双绞线、同轴电缆或光纤，选择灵活。

大平矿采用的胶带电控系统，可实现综采工作面顺槽皮带、固定胶带机等的保护、控制、沿线通话、故障检测、现场工业电视接入、汉字图形显示和语音报警等功能。系统采用嵌入式技术和现场总线技术相结合，并配有以太网口、RS485等丰富接口，易与其它子系统和设备连接，易与全矿井自动化系统汇接，实现各种信息的共享。

从综采工作面顺槽皮带到固定胶带运输机；从单条运输胶带到整个矿井的所有胶带运输系统；从简单的头尾搭接到汇接皮带；都能提供设备启停控制，工作电流电压、皮带速度、煤仓煤位的检测和显示，并且远程传输通讯；故障自诊断等等，此均可提供全套解决方案。

1．系统特点

采用以太网+现场总线（CAN）方式，网络结构简明，便于扩展。接口类型丰富，易与其他子系统或设备连接。安装维护简单，可自动识别沿线总线类型的监测设备的类型、位置，无需设置地址拨码开关。

系统人机操作界面友好，故障查询及诊断快捷。

2.系统工作原理及组成

系统由地面监控主机、系统信号传输设备和监控子系统组成。

地面监控主站由工业控制计算机、显示器、网卡和相应的系统软件、集控软件或组态软件组成。

系统信号传输可以采用三种方式：电缆总线传输方式由传输接口组成；光缆传输方式由数据接口箱和矿用本安型光端机组成，光端机以下为总线传输方式；环网交换机的网络传输方式由地面环网接入器和矿用环网接入器组成，井下环网接入器以下为总线传输方式。

监控子系统由矿用本安型工业控制计算机、矿用多功能控制驱动器以及各种传感器保护装置、通信信号装置、专用控制装置等组成。在每条胶带机根据选择不同的设备组成不同的子系统，实现不同功能。

3.主要功能

3.1工作方式

该系统具有远程集控、本机集控、单机自动、就地手动等四种工作方式。

远程集控方式：本安计算机接收来自主站(上位机或集控主站)的开车和停车指令，自动按顺序起动、运行、联锁与保护、停车全过程的控制和监测。

本机集控：指皮带司机根据生产要求发出开、停车指令，计算机控制的多条皮带之间的实现自动按顺序起动、运行、联锁与保护、停车全过程的控制与监测。

单机自动：指本安计算机由本司机根据生产要求发出开、停车指令。仍保留集中运行的全部功能，同时将信息传给主站。

就地手动：该方式为人工手动操作，除沿线拉线急停外其余保护不起作用，主要用于检修试车之用，本安计算机只起监测作用。

3.2控制功能

该系统具有一般胶带机开停、软控起停、功率平衡、下运开停等控制功能。

具有保护功能：跑偏、闭锁、打滑、堆煤、超温、洒水、烟雾、纵撕，张力下降。

在本安计算机上可显示各胶带电机的开停状态，给煤机的开停状态，电源、松闸、油泵状态指示，调速型液力耦合器勺杆位置等工况。显示皮带系统之间的搭接关系，并通过改变图形颜色标示各种工矿故障信号。

本安计算机具有丰富的接口，可通过多种方式和其它设备连接，构成胶带运输机监控系统，通过数据传输也可与其它煤矿监测系统汇接或通过上位机接入计算机网络。

4.嵌入式组态界面

嵌入式组态界面提供简单丰富的人机对话界面，根据被控胶带机的特征及参数、控制设备的配置、控制要求、相关设备的逻辑关系等要素，对控制机的运行程序进行参数的设定、模块的重装配以及人机界面的确定。使控制机完成对特定胶带机及相关设备的全部控制要求。将PLC编程过程，简化为更易掌握和操作的参数配置过程。

胶带机控制软件多种方式控制胶带机开停，根据设定的参数，对胶带机保护动作并提示报警信息，胶带机工况运行参数显示和图形显示，胶带机保护设备的工况运行设备情况指示。

5.皮带集控系统对存在的问题饿解决方案

5.1接口方面，尽可能统一接口规范，减少接口种类

接口是实现不同生产厂家控制系统相互通讯、控制的关键。大平矿在皮带集控建设过程中就遇到集控厂家与皮带液压站厂家、综采工作面顺槽皮带厂家、变频器厂家、软启动厂家在同样的RS485—RTU通讯规约条件下的无法相互通信问题，归纳起来主要是PLC可编程控制器、嵌入式控制机单片机主板相互之间以及与网络交换机的通信规约制式、功能码差别。一旦某种设备的接口接不上，就无法实现该设备的远程监控。所以，在选择设备时，尽可能减少设备接口种类，尽可能地统一接口规范，统一接口的通讯协议和规约。

5.2系统干扰的解决

由于井下胶带大量使用变频装置，对皮带控制机的电源和通讯都造成极大地干扰，发生误动作和通讯中断的情况时常发生而且非常不易查找。解决此类问题主要是将皮带控制机电源与变频器电源坚决分开，通讯干扰问题要解决变频器走线与通讯走线的分离问题，不能交叉，同时在采用通讯线时要尽量使用屏蔽层质量好的通讯绞线或光纤。

5.3仓门使用水缸开启的远方自动控制

大平矿胶带系统仓门的控制使用水介质的液压千斤顶，该种仓门控制方式控制简单、故障率极低、检修维护量小的特点，但是在集控系统中实现对水缸的远方自动控制较难，使用给煤机或液压推拉杆的控制方式虽然集控控制简单但是在日常使用维护时由于存在机构传动维修量必然增加，故障率也会相对增大。为此对控制程序进行了更改，水缸的开启分为正常开启、急停关闭两种方式，以时间控制水缸的起停距离，同时水缸的急停关闭与集控故障相连，在发生皮带急停时，水缸具有自动关闭到位功能，有效解决了皮带的安全运行问题。

5.4上位机与皮带控制器通讯中断问题

大平矿皮带集控系统投入使用后，要将皮带司机撤离，在缺少人员监护的状态下，上位机与井下皮带控制机通讯中断后皮带机必然连续运转而造成事故，因此必须找到检测通讯中断的有效稳定方法，大平矿皮带集控系统解决检测通讯中断的方式有两种，第一种方式是监测上位机时时发送长度为500MS的通讯脉冲波，由各个皮带控制分站进行不间断监测，当连续两个通讯脉冲未检测到时，皮带控制分站判断通讯中断将自动执行紧急停运程序进行自动停机。该种检测方式存在如果发生干扰而出现误动作的问题。第二种方式是由于采用RS485双向通讯，由皮带控制分站检测通讯接收指令，当发现8位指令出现中断时将自动执行紧急停运程序进行自动停机，该种检测方式检测比较准确但存在8位指令位中有一位CRC余码检测问题，也存在误动作的问题。通讯中断检测准确性、稳定性问题还需要在以后的运行过程中进一步进行考证。

6.结论

大平矿皮带集控系统投入使用后，大大提高了皮带运输系统的运行效率和安全性，完善了大平矿矿井机电运输系统综合自动化系统，提高矿井运行管理的有效的技术手段。[科]