基于CAN總線技術礦用電機監測系統設計

孫文靜

【摘要】 為保證礦用電機的安全運行，滿足智能化礦井的發展要求，本文在分析煤礦安全生產形勢和CAN現場總線通訊技術基礎上，設計了礦用電機監測系統。監測系統通過CAN通訊技術將高精度傳感器采集礦用電機電壓、電流和扭矩等信息反饋給上位機，上位機對電機參數進行分析處理，實現礦用電機的實時監測。

【關鍵詞】 煤礦 電機 CAN 監測系統。

隨著我國經濟的快速增長，對能源的依賴程度越來越高，在國家能源工作會議上，制定到2015年國家煤炭消耗控制在40億噸左右的目標。我國煤礦安全生產整體形勢持續好轉，安全生產事故和百萬噸死亡數逐漸下降，但隨著開采深度和強度的增加，開采工作環境變得越來越復雜，對煤礦電網和電氣設備安全性提出了越來越高的要求。礦用電機是煤礦生產重要的設備，其性能好壞直接關系到井下安全生產工作能否順利開展。

一、現場總線技術

1.1 CAN總線

現場總線技術是當今自動化領域研究的熱點之一，為分布式控制系統各個節點之間實時、可靠通訊提供強有力的技術支持。CAN是控制局域網絡（Control Area Network，CAN）的簡稱，是一種能夠支持分布式控制或實時通訊的串行通訊總線。近年來CAN總線憑借其結構簡單、高可靠性、靈活性強和良好的錯誤檢測能力，被廣泛運用到汽車系統通訊、電氣設備檢測和電網監測等技術領域。

1.2 eCAN模塊

eC28x處理器的CAN控制器為CPU提供完整的CAN協議，減少了通信時CPU的開銷。eCAN控制器的內部結構是32位的，主要由CAN協議內核（CPK）和消息控制器構成。CAN協議內核接受到有效的消息后，消息控制器的接收控制單元確定是否將接收到的消息存儲郵箱存儲器中。接收控制單元檢查消息的狀態、標識符和所有消息對象的濾波，確定相應郵箱的位置，接收到的消息經過接收濾波后存放到第一個郵箱。

二、監測系統硬件設計

礦用電機監測系統按照CAN總線的拓撲機構進行設計，監測系統結構如圖1所示。系統設計時采用模塊化思想，分別設計下位機數據采集模塊、CAN總線通訊模塊和上位機數據顯示模塊。CAN總線通訊模塊由CAN物理總線、匹配電阻和CAN通訊接口組成，實現下位機數據采集模塊和上位機數據線數模塊之間的數據通訊。為了提高系統的抗干擾能力，在CAN兩條物理總線之間串聯匹配電阻，保證數據傳輸的安全性和穩定性。DSP內部的CAN模塊是一個功能完全的CAN控制器，包括傳送數據信息處理、接收管理和幀存儲功能，支持標準幀和擴展幀兩種格式。

在TMS320F2335內部集成了增強型eCAN通信模塊，所以設計CAN通訊接口電路時特別簡單，選用CTM8251T作為CAN控制器與物理總線的接口芯片。將DSP的CAN控制器的收發信號CANTX、CANRX經具有隔離功能的收發器CTM8251T連接到CAN物理總線。CTM8251T具有增大系統的通信距離、提高瞬間抗干擾能力、降低射頻干擾等功能，是CAN通訊接口芯片的理想選擇。

三、監測系統軟件設計

硬件電路是監測系統的核心，軟件程序是監測系統的靈魂。礦用電機監測系統的軟件程序只要實現對硬件采集的數據進行運算、傳輸、顯示和存儲，主要包括下位機數據采集程序、CAN總線程序和上位機數據顯示程序。數據采集系統軟件主程序首先對DSP的寄存器和時鐘進行初始化，然后設置事件管理器、數模轉換模塊，最后采集傳感器的輸出信號，并對數據進行處理，將數據通過CAN總線發送到上位機。

四、結論

通過對煤礦安全生產現狀和CAN總線技術的分析，設計基于CAN總線的礦用電機監測系統，分別對系統的硬件電路和軟件程序進行設計。基于CAN總線的礦用電機系統具有靈敏度高、實時性好和穩定性強等特點，為礦用電機的安全運行提供保證。

參考文獻

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