礦用隔爆型饋電開關運行參數在線監測系統設計

王艷鶴

【摘要】 礦用隔爆型饋電開關是煤礦電網的重要組成部分，起到控制和保護支路電網的作用。本文首先介紹了DSP內部集成的eCAN通訊模塊，然后設計礦用隔爆型饋電開關運行參數在線監測系統的硬件電路，包括DSP最小系統和CAN通訊接口，最后編寫在線監測系統CAN軟件程序。

【關鍵詞】 礦用 饋電開關 在線監測 eCAN

我國電力、冶金等行業的迅速發展及新能源發展受到地域及技術制約，煤炭依然是我國能源生產和消耗的主體，國家經濟增長對于煤炭的依賴程度不斷增加。伴隨煤礦開采的強度和深度的增加，排除危及井下安全生產的事故隱患難度不斷增加，煤炭行業安全生產事故總量仍然偏多，加大落后礦井的關閉工作和現代化礦井建設工作刻不容緩。饋電開關在煤礦井下起到支路電網的控制和保護作用，屬于井下應用較多的電氣設備之一，開展礦用隔爆型饋電開關運行參數在線監測系統對于提高支路電網的可靠性、保障井下安全生產具有十分重要的意義。

一、 eCAN模塊

eCAN模塊是TI公司新一代32位的高級CAN通訊控制器，屬于TMS32024X系列處理器集成的CAN控制器的升級版，相當于TI公司TMS470系列為控制器內的集成的高端CAN控制器，它完全可以兼容CAN2.0通訊協議，還可以在強干擾的情況下使用CAN2.0通訊協議。eCAN模塊結構如圖1所示，CAN總線通過CAN隔離收發器與DSP的eCAN模塊相連接。eCAN模塊具有32個完全可以控制的郵箱和時間標識特性，每個郵箱都可以配置成接收或發送郵箱，具有一個32位時間標記用于發送和接收消息。eCAN模塊的控制器獨立于CPU，具有自我控制和管理能力，減輕了CPU的負擔。以上這些功能使CAN總線在傳輸數據時更加靈活，數據量更大，功能更加完備。

圖1 eCAN模塊結構圖

二、 在線監測系統設計

礦用隔爆型饋電開關運行參數在線監測系統采用高精度電壓、電流、行程傳感器對影響其狀態的變量進行實時監測，傳感器發送的數據經過數據處理后發送給DSP，DSP對數據進行計算并將結果發送給上位機。在線監測系統主要包括高精度傳感器、信號處理單元、DSP最小系統、CAN通訊接口和上位機，其中高精度傳感器采集饋電開關電壓、電流和行程信息，并發送給信號處理單元；信號處理單元將傳感器的輸出信號轉換成DSP可以識別的信號；DSP最小系統對饋電開關的信息進行計算處理，然后經過CAN通訊網絡發送給上位機；上位機對數據進行顯示，在系統故障時給發送動作指令停止饋電開關動作，同時發出故障警報。礦用隔爆型饋電開關運行參數在線監測系統法采用拓撲型結構（如圖2所示），同時對多個饋電開關的運行參數進行監測。

圖2 礦用饋電開關運行參數在線監測系統

2.1 DSP最小系統設計

DSP最小系統是整個礦用隔爆型饋電開關在運行參數在線監測系統的核心。DSP最小系統主要由時鐘模塊、JTAG接口模塊、外擴存儲器模塊、電源模塊、復位電路和外接晶振組成。所有數字電路的系統各個單元都依靠時鐘信號作為同步，時鐘頻率決定著系統每秒鐘的操作次數，時鐘模塊為監測系統提夠時鐘信號。JTAG接口是實現對DSP進行在線編程的程序入口。外擴存儲器提高DSP的存儲能力。電源模塊為DSP提供3.3V和1.8V的雙通道工作電壓，各通道電流不大于1A。復位電路保證系統的正常啟動，在系統故障時重新運行程序，防止系統跑飛而不能正常工作。外接晶振為監測系統提供合適的振蕩頻率，晶振的選擇不能超出DSP處理器的主頻。

2.2 CAN通訊電路設計

DSP內部的eCAN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CAN通訊接口電路的設計變得更加簡單。本文選用CTM8251T作為eCAN控制器與CAN物理總線的接口芯片，DSP的eCAN控制器的收發信號CANRX、CANTX引腳經過具有隔離功能的收發器CTM8251T連接到CAN物理總線。CTM8251T是專用的CAN通訊信號隔離收發器，能夠增大系統的通信距離，同時可以提高通訊系統瞬間抗干擾能力，具有降低射頻干擾的功能，屬于CAN通訊接口芯片的最佳選擇。在CAN物理總線總線末端連接120Ω電阻，用于傳輸線的阻抗匹配，提高總線的抗干擾能力。

2.3 軟件程序設計

礦用隔爆型饋電開關運行參數在線監測系統中DSP和上位機之間的信號傳輸通過CAN總線來實現， CAN模塊的初始化操作是使用其通訊的首要步驟。CAN總線只有在初始化模式下才可以進行初始化操作，圖3為CAN模塊初始化流程。CAN網絡同步實現初始化模式和正常模式之間的轉換，即CAN控制改變工作模式之前要檢測總線空閑序列，如果產生占用總線錯誤，CAN控制器將不能檢測總線狀態，也就不能完成模式切換。

圖3 CAN模塊初始化流程圖

三、結論

利用CAN總線在數據傳輸時的高速率和高穩定性特性，開發礦用隔爆型饋電開關在運行參數在線監測系統。以TMS320F28335型DSP作為核心設計監測系統整體結構，完成饋電開關運行參數在線監測，系統采用拓撲型結構，可以同時監測多臺饋電開關，具有穩定性強、可靠性高等優點。

參 考 文 獻

[1] 林莘.永磁機構與真空斷路器[M].北京：機械工業出版社，2002.

[2] 易慧，尹項根，鄭浩等.基于DSP的高壓斷路器綜合在線監測裝置[J].高壓電器，2007，（01）：35-39.

[3] 王曉娜，張學鵬，王彥霞.基于DSP數據采集系統在實驗教學中的應用.[J].實驗科學與技術.2012.4.58-59.