基于以太網(wǎng)和CAN總線技術(shù)的礦井皮帶運輸監(jiān)控系統(tǒng)研究

劉建濤+喬燕國

摘 要：目前大多數(shù)煤礦采用多種皮帶檢測裝置對膠帶輸送機進行監(jiān)控與保護，本文從提高皮帶運輸監(jiān)控系統(tǒng)的自動化水平出發(fā)，設計采用CAN總線將每條被檢測皮帶的實時狀態(tài)、數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控分站，監(jiān)控分站再將其收集的皮帶狀態(tài)信息處理后傳送至通訊分站，通訊分站通過工業(yè)以太網(wǎng)將采集到的數(shù)據(jù)上傳至井上計算機。并采用組態(tài)軟件設計系統(tǒng)操作界面，以實現(xiàn)礦井皮帶運輸監(jiān)控系統(tǒng)的實時監(jiān)控。

關(guān)鍵詞：皮帶監(jiān)控；CAN總線；監(jiān)控分站；工業(yè)以太網(wǎng)；組態(tài)軟件

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：B

現(xiàn)有礦井皮帶運輸監(jiān)控系統(tǒng)存在諸多不足，如檢測信息誤報率大、系統(tǒng)故障率高、系統(tǒng)界面人性化不足等，這些問題制約礦井皮帶運輸監(jiān)控實時、精準、高效、穩(wěn)定的發(fā)展。本文依據(jù)當今煤礦開采工業(yè)的實際需要，分析了現(xiàn)有的礦井皮帶運輸監(jiān)控系統(tǒng)，利用現(xiàn)在比較成熟的CAN總線技術(shù)，并結(jié)合工業(yè)以太網(wǎng)通訊技術(shù)實現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)和控制命令的遠距離傳輸。

1系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)

礦井皮帶運輸監(jiān)控系統(tǒng)以性能穩(wěn)定、誤報率低礦井皮帶檢測儀器為基礎，如：皮帶速度傳感器、跑偏開關(guān)、打滑檢測裝置、煙霧傳感器、拉繩開關(guān)選擇、撕裂開關(guān)、溫度傳感器。采用性能穩(wěn)定，數(shù)據(jù)傳輸速度快、指令相應準確的監(jiān)控分站實現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)和控制命令的轉(zhuǎn)換、傳輸，并采用工控機作為系統(tǒng)的上位機，以完成對所監(jiān)控皮帶進行實時數(shù)據(jù)顯示、處理、記錄以及控制。

礦井皮帶運輸監(jiān)控系統(tǒng)由井上和井下這兩部分構(gòu)成。井下部分的檢測包括監(jiān)控分站、轉(zhuǎn)發(fā)器、工業(yè)以太網(wǎng)交換機，井上含有遠程數(shù)據(jù)傳輸接口和控制中心上位機。礦井皮帶運輸監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。

由系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖可見，將皮帶狀態(tài)檢測儀器安裝在皮帶需要檢測的位置，其檢測的數(shù)據(jù)信號經(jīng)CAN總線傳輸監(jiān)控分站上，監(jiān)控分站通過檢測數(shù)據(jù)來判斷是否啟停皮帶，監(jiān)控分站通過控制變頻器實現(xiàn)對皮帶的啟停控制。監(jiān)控分站將收集的數(shù)據(jù)處理后經(jīng)過CAN總線上傳至通訊分站，每個通訊分站負責收集和處理與其相連的監(jiān)控分站上傳的數(shù)據(jù)，一般情況一個通訊分站負責采集一條皮帶的檢測數(shù)據(jù)，通訊分站通過Nport數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器將檢測到的巷道頂板離層和礦壓數(shù)據(jù)送至以太網(wǎng)。工業(yè)以太網(wǎng)的終端的節(jié)點與地面控制中心的上位機相連，進而實現(xiàn)井下檢測數(shù)據(jù)在上位機上的實時顯示。

2系統(tǒng)的CAN總線通訊設計

每條皮帶上各檢測儀器、監(jiān)控分站和通訊分站作為CAN總線節(jié)點，其通過CAN總線實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。CAN總線節(jié)點包含CAN總線收發(fā)器和CAN網(wǎng)絡控制器，其中CAN總線收發(fā)器實現(xiàn)CAN總線通信協(xié)議中數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，CAN網(wǎng)絡控制器實現(xiàn)CAN總線物理層協(xié)議。監(jiān)控分站包括微控制器、通信接口、信號輸入、電源模塊電路。

通訊分站起到把從監(jiān)控分站接收的輸入信號進行數(shù)據(jù)處理的作用。然后把數(shù)據(jù)經(jīng)轉(zhuǎn)換器傳送給工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡。該分站包括微控制器、通信接口、信號輸入、電源變換、復位等電路。通訊分站系統(tǒng)的設計原理是通過對AT89C52的編程來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接受和發(fā)送。

3系統(tǒng)的工業(yè)以太網(wǎng)通訊設計

以太網(wǎng)中連入網(wǎng)絡的節(jié)點均需要通過以太網(wǎng)交換機與監(jiān)測服務器建立通訊連接并進行交換數(shù)據(jù)，使用者可以根據(jù)實際監(jiān)測系統(tǒng)的大小以及數(shù)據(jù)傳輸量選擇相應的交換機。以太網(wǎng)還可以接入其它類型的監(jiān)測儀表，從而保證視同的靈活性。

4上位機遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設計

根據(jù)該系統(tǒng)的特點對其進行組態(tài)，本系統(tǒng)運用西門子WinCC組態(tài)軟件實現(xiàn)了井下皮帶運輸?shù)膭討B(tài)示意圖、各參數(shù)的實時顯示、系統(tǒng)設備的控制、報警輸出、歷史報警記錄顯示及打印等功能。

結(jié)語

本監(jiān)控系統(tǒng)所采用的CAN總線和工業(yè)以太網(wǎng)作為檢測數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞剑瑑煞N通訊方式的結(jié)合比較新穎且具有較強的實用性，從模擬調(diào)試和試運行所采集的數(shù)據(jù)來看，達到了預期的效果。

參考文獻

[1] 孫冰，王汝琳. 智能化礦井膠帶輸送機綜合安全保護系統(tǒng)[J]. 華北科技學院學報. 2004（1）：41-43.

[2] 沈利清，謝岳.一種合并單元數(shù)字量輸出及其以太網(wǎng)通信技術(shù)的研究[J].電力自動化設備，2011：126-130.

[3] 郝勃，劉衍珩，曲良東.CAN網(wǎng)絡的分組合并策略研究及實現(xiàn) [J].儀器儀表學報， 2012：2137-2173.endprint

摘 要：目前大多數(shù)煤礦采用多種皮帶檢測裝置對膠帶輸送機進行監(jiān)控與保護，本文從提高皮帶運輸監(jiān)控系統(tǒng)的自動化水平出發(fā)，設計采用CAN總線將每條被檢測皮帶的實時狀態(tài)、數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控分站，監(jiān)控分站再將其收集的皮帶狀態(tài)信息處理后傳送至通訊分站，通訊分站通過工業(yè)以太網(wǎng)將采集到的數(shù)據(jù)上傳至井上計算機。并采用組態(tài)軟件設計系統(tǒng)操作界面，以實現(xiàn)礦井皮帶運輸監(jiān)控系統(tǒng)的實時監(jiān)控。

關(guān)鍵詞：皮帶監(jiān)控；CAN總線；監(jiān)控分站；工業(yè)以太網(wǎng)；組態(tài)軟件

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：B

現(xiàn)有礦井皮帶運輸監(jiān)控系統(tǒng)存在諸多不足，如檢測信息誤報率大、系統(tǒng)故障率高、系統(tǒng)界面人性化不足等，這些問題制約礦井皮帶運輸監(jiān)控實時、精準、高效、穩(wěn)定的發(fā)展。本文依據(jù)當今煤礦開采工業(yè)的實際需要，分析了現(xiàn)有的礦井皮帶運輸監(jiān)控系統(tǒng)，利用現(xiàn)在比較成熟的CAN總線技術(shù)，并結(jié)合工業(yè)以太網(wǎng)通訊技術(shù)實現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)和控制命令的遠距離傳輸。

1系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)

礦井皮帶運輸監(jiān)控系統(tǒng)以性能穩(wěn)定、誤報率低礦井皮帶檢測儀器為基礎，如：皮帶速度傳感器、跑偏開關(guān)、打滑檢測裝置、煙霧傳感器、拉繩開關(guān)選擇、撕裂開關(guān)、溫度傳感器。采用性能穩(wěn)定，數(shù)據(jù)傳輸速度快、指令相應準確的監(jiān)控分站實現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)和控制命令的轉(zhuǎn)換、傳輸，并采用工控機作為系統(tǒng)的上位機，以完成對所監(jiān)控皮帶進行實時數(shù)據(jù)顯示、處理、記錄以及控制。

礦井皮帶運輸監(jiān)控系統(tǒng)由井上和井下這兩部分構(gòu)成。井下部分的檢測包括監(jiān)控分站、轉(zhuǎn)發(fā)器、工業(yè)以太網(wǎng)交換機，井上含有遠程數(shù)據(jù)傳輸接口和控制中心上位機。礦井皮帶運輸監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。

由系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖可見，將皮帶狀態(tài)檢測儀器安裝在皮帶需要檢測的位置，其檢測的數(shù)據(jù)信號經(jīng)CAN總線傳輸監(jiān)控分站上，監(jiān)控分站通過檢測數(shù)據(jù)來判斷是否啟停皮帶，監(jiān)控分站通過控制變頻器實現(xiàn)對皮帶的啟停控制。監(jiān)控分站將收集的數(shù)據(jù)處理后經(jīng)過CAN總線上傳至通訊分站，每個通訊分站負責收集和處理與其相連的監(jiān)控分站上傳的數(shù)據(jù)，一般情況一個通訊分站負責采集一條皮帶的檢測數(shù)據(jù)，通訊分站通過Nport數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器將檢測到的巷道頂板離層和礦壓數(shù)據(jù)送至以太網(wǎng)。工業(yè)以太網(wǎng)的終端的節(jié)點與地面控制中心的上位機相連，進而實現(xiàn)井下檢測數(shù)據(jù)在上位機上的實時顯示。

2系統(tǒng)的CAN總線通訊設計

每條皮帶上各檢測儀器、監(jiān)控分站和通訊分站作為CAN總線節(jié)點，其通過CAN總線實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。CAN總線節(jié)點包含CAN總線收發(fā)器和CAN網(wǎng)絡控制器，其中CAN總線收發(fā)器實現(xiàn)CAN總線通信協(xié)議中數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，CAN網(wǎng)絡控制器實現(xiàn)CAN總線物理層協(xié)議。監(jiān)控分站包括微控制器、通信接口、信號輸入、電源模塊電路。

通訊分站起到把從監(jiān)控分站接收的輸入信號進行數(shù)據(jù)處理的作用。然后把數(shù)據(jù)經(jīng)轉(zhuǎn)換器傳送給工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡。該分站包括微控制器、通信接口、信號輸入、電源變換、復位等電路。通訊分站系統(tǒng)的設計原理是通過對AT89C52的編程來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接受和發(fā)送。

3系統(tǒng)的工業(yè)以太網(wǎng)通訊設計

以太網(wǎng)中連入網(wǎng)絡的節(jié)點均需要通過以太網(wǎng)交換機與監(jiān)測服務器建立通訊連接并進行交換數(shù)據(jù)，使用者可以根據(jù)實際監(jiān)測系統(tǒng)的大小以及數(shù)據(jù)傳輸量選擇相應的交換機。以太網(wǎng)還可以接入其它類型的監(jiān)測儀表，從而保證視同的靈活性。

4上位機遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設計

根據(jù)該系統(tǒng)的特點對其進行組態(tài)，本系統(tǒng)運用西門子WinCC組態(tài)軟件實現(xiàn)了井下皮帶運輸?shù)膭討B(tài)示意圖、各參數(shù)的實時顯示、系統(tǒng)設備的控制、報警輸出、歷史報警記錄顯示及打印等功能。

結(jié)語

本監(jiān)控系統(tǒng)所采用的CAN總線和工業(yè)以太網(wǎng)作為檢測數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞剑瑑煞N通訊方式的結(jié)合比較新穎且具有較強的實用性，從模擬調(diào)試和試運行所采集的數(shù)據(jù)來看，達到了預期的效果。

參考文獻

[1] 孫冰，王汝琳. 智能化礦井膠帶輸送機綜合安全保護系統(tǒng)[J]. 華北科技學院學報. 2004（1）：41-43.

[2] 沈利清，謝岳.一種合并單元數(shù)字量輸出及其以太網(wǎng)通信技術(shù)的研究[J].電力自動化設備，2011：126-130.

[3] 郝勃，劉衍珩，曲良東.CAN網(wǎng)絡的分組合并策略研究及實現(xiàn) [J].儀器儀表學報， 2012：2137-2173.endprint

摘 要：目前大多數(shù)煤礦采用多種皮帶檢測裝置對膠帶輸送機進行監(jiān)控與保護，本文從提高皮帶運輸監(jiān)控系統(tǒng)的自動化水平出發(fā)，設計采用CAN總線將每條被檢測皮帶的實時狀態(tài)、數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控分站，監(jiān)控分站再將其收集的皮帶狀態(tài)信息處理后傳送至通訊分站，通訊分站通過工業(yè)以太網(wǎng)將采集到的數(shù)據(jù)上傳至井上計算機。并采用組態(tài)軟件設計系統(tǒng)操作界面，以實現(xiàn)礦井皮帶運輸監(jiān)控系統(tǒng)的實時監(jiān)控。

關(guān)鍵詞：皮帶監(jiān)控；CAN總線；監(jiān)控分站；工業(yè)以太網(wǎng)；組態(tài)軟件

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：B

現(xiàn)有礦井皮帶運輸監(jiān)控系統(tǒng)存在諸多不足，如檢測信息誤報率大、系統(tǒng)故障率高、系統(tǒng)界面人性化不足等，這些問題制約礦井皮帶運輸監(jiān)控實時、精準、高效、穩(wěn)定的發(fā)展。本文依據(jù)當今煤礦開采工業(yè)的實際需要，分析了現(xiàn)有的礦井皮帶運輸監(jiān)控系統(tǒng)，利用現(xiàn)在比較成熟的CAN總線技術(shù)，并結(jié)合工業(yè)以太網(wǎng)通訊技術(shù)實現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)和控制命令的遠距離傳輸。

1系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)

礦井皮帶運輸監(jiān)控系統(tǒng)以性能穩(wěn)定、誤報率低礦井皮帶檢測儀器為基礎，如：皮帶速度傳感器、跑偏開關(guān)、打滑檢測裝置、煙霧傳感器、拉繩開關(guān)選擇、撕裂開關(guān)、溫度傳感器。采用性能穩(wěn)定，數(shù)據(jù)傳輸速度快、指令相應準確的監(jiān)控分站實現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)和控制命令的轉(zhuǎn)換、傳輸，并采用工控機作為系統(tǒng)的上位機，以完成對所監(jiān)控皮帶進行實時數(shù)據(jù)顯示、處理、記錄以及控制。

礦井皮帶運輸監(jiān)控系統(tǒng)由井上和井下這兩部分構(gòu)成。井下部分的檢測包括監(jiān)控分站、轉(zhuǎn)發(fā)器、工業(yè)以太網(wǎng)交換機，井上含有遠程數(shù)據(jù)傳輸接口和控制中心上位機。礦井皮帶運輸監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。

由系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖可見，將皮帶狀態(tài)檢測儀器安裝在皮帶需要檢測的位置，其檢測的數(shù)據(jù)信號經(jīng)CAN總線傳輸監(jiān)控分站上，監(jiān)控分站通過檢測數(shù)據(jù)來判斷是否啟停皮帶，監(jiān)控分站通過控制變頻器實現(xiàn)對皮帶的啟停控制。監(jiān)控分站將收集的數(shù)據(jù)處理后經(jīng)過CAN總線上傳至通訊分站，每個通訊分站負責收集和處理與其相連的監(jiān)控分站上傳的數(shù)據(jù)，一般情況一個通訊分站負責采集一條皮帶的檢測數(shù)據(jù)，通訊分站通過Nport數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器將檢測到的巷道頂板離層和礦壓數(shù)據(jù)送至以太網(wǎng)。工業(yè)以太網(wǎng)的終端的節(jié)點與地面控制中心的上位機相連，進而實現(xiàn)井下檢測數(shù)據(jù)在上位機上的實時顯示。

2系統(tǒng)的CAN總線通訊設計

每條皮帶上各檢測儀器、監(jiān)控分站和通訊分站作為CAN總線節(jié)點，其通過CAN總線實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。CAN總線節(jié)點包含CAN總線收發(fā)器和CAN網(wǎng)絡控制器，其中CAN總線收發(fā)器實現(xiàn)CAN總線通信協(xié)議中數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，CAN網(wǎng)絡控制器實現(xiàn)CAN總線物理層協(xié)議。監(jiān)控分站包括微控制器、通信接口、信號輸入、電源模塊電路。

通訊分站起到把從監(jiān)控分站接收的輸入信號進行數(shù)據(jù)處理的作用。然后把數(shù)據(jù)經(jīng)轉(zhuǎn)換器傳送給工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡。該分站包括微控制器、通信接口、信號輸入、電源變換、復位等電路。通訊分站系統(tǒng)的設計原理是通過對AT89C52的編程來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接受和發(fā)送。

3系統(tǒng)的工業(yè)以太網(wǎng)通訊設計

以太網(wǎng)中連入網(wǎng)絡的節(jié)點均需要通過以太網(wǎng)交換機與監(jiān)測服務器建立通訊連接并進行交換數(shù)據(jù)，使用者可以根據(jù)實際監(jiān)測系統(tǒng)的大小以及數(shù)據(jù)傳輸量選擇相應的交換機。以太網(wǎng)還可以接入其它類型的監(jiān)測儀表，從而保證視同的靈活性。

4上位機遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設計

根據(jù)該系統(tǒng)的特點對其進行組態(tài)，本系統(tǒng)運用西門子WinCC組態(tài)軟件實現(xiàn)了井下皮帶運輸?shù)膭討B(tài)示意圖、各參數(shù)的實時顯示、系統(tǒng)設備的控制、報警輸出、歷史報警記錄顯示及打印等功能。

結(jié)語

本監(jiān)控系統(tǒng)所采用的CAN總線和工業(yè)以太網(wǎng)作為檢測數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞剑瑑煞N通訊方式的結(jié)合比較新穎且具有較強的實用性，從模擬調(diào)試和試運行所采集的數(shù)據(jù)來看，達到了預期的效果。

參考文獻

[1] 孫冰，王汝琳. 智能化礦井膠帶輸送機綜合安全保護系統(tǒng)[J]. 華北科技學院學報. 2004（1）：41-43.

[2] 沈利清，謝岳.一種合并單元數(shù)字量輸出及其以太網(wǎng)通信技術(shù)的研究[J].電力自動化設備，2011：126-130.

[3] 郝勃，劉衍珩，曲良東.CAN網(wǎng)絡的分組合并策略研究及實現(xiàn) [J].儀器儀表學報， 2012：2137-2173.endprint