基于CAN总线的煤矿井下信息监控系统的设计.pdf

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1、·138·内燃机与配件基于CAN总线的煤矿井下信息监控系统的设计何威（安徽省淮南市潘集第三煤矿监控中心，淮南232001）摘要：针对传统通信网络节点数少和通信距离短的缺点，提出了一种基于CAN总线的煤矿井下信息监控系统。将井下巷道和综采工作面上的参数监控设计成CAN网络智能节点，完成对井下瓦斯、温湿度、风速等参数进行采集，通过CAN网络能够实现煤矿井下工作点与井上监控中心的信息传输。给出了智能节点的软、硬件设计。系统试运行结果表明，在监控节点较多、节点分散和通信距离较远的情况下，各监控站仍能保持通信

2、的实时性，而且性能稳定、可靠。关键词：CAN总线；信息监测；煤矿安全；STM320引言我国多数煤矿井下存在瓦斯，对于井下高瓦斯浓度和存在有毒有害气体的煤矿来说，煤矿安全监控至关重要。将煤矿井下巷道和综采工作面的环境状况进行信息采集与监视，通过现场总线和煤矿井下局域网使各监控点形成监控网络，有利于煤矿安全预警和生产。工业以太网与现场总线技术正逐步应用于现代化煤矿，两者的有力结合提升了煤矿现代化管理水平。CAN总线作为一种常用的现场总线，其优势明显，通信距离远且可接入网络节点数量多，其通信协议的总线仲裁

3、技术大大图1煤矿井下信息采集与监控系统的总体结构框图节省了总线冲突仲裁时间，保证了数据传输的实时性和稳2井下信息采集与监控节点的设计定性。本文将煤矿井下重要环境参数信息采集点设计成2.1硬件设计CAN总线网络上的一个接入节点，让井下巷道和工作面井下信息采集与监控节点负责收集井下环境参数并多个信息采集点连成CAN总线网络，最终接入井下光纤上传，接收监控中心命令并执行等多种操作。图2所示的以太环网中。地面监控中心通过光纤环网和CAN网络，可是节点的结构框图，该节点采用STM32ARM单片机为控以实时对煤

4、矿井下进行安全监控。CAN总线的应用，提高制核心，包括信息采集电路、声光报警电路、开关量输入输了监控中心对井下安全监控的可靠性和实时性。出电路和CAN总线通信接口电路等。1井下信息采集与监控的总体架构如图1所示，煤矿井下信息采集与监控系统包括三大部分：井上监控中心和光纤环网交换机、井下光纤环网及协议转换器、各监控节点构成的CAN网络。井上监控中心负责井下信息收集、存储、计算与分析，与此同时也可以向井下发送控制命令；光纤环网交换机实现监控中心计算机无缝接入到光纤环网中；协议转换器完成以太网协议与CAN

5、协议的交互；各监控节点构成的CAN网络负责采集井下巷道和工作面的各种安全参数和状态，并将这些信息打包成CAN数据帧发送到井上监控中心。同时，该CAN网络还负责解析监控中心发送过来的命令并执行。CAN网络上各监控节点的设计至关重要，下面着重讨论。图2井下信息采集与监控节点结构框图供运输人员进入采区使用。⑦矿井紧急避险六大系统均按国家有关要求进行了④矸石运输。采用矸石胶带机运输。设计。⑤排水系统。选用MD280-43×5型水泵3台（流量5结束语3280m/h、扬程215m、配套电机功率315kW）3台，

6、其中1台随着开采年限及强度的增加，淮南矿区各矿井主力采工作，1台检修，1台备用。区逐渐由C组煤层转入B组煤层。由于B组煤层存在瓦排水管路选用DN250无缝钢管2趟，每趟长度为斯含量大、煤层间距小的特点，如何实现安全高效的开采700m，其中1趟工作，另1趟备用；管路采用法兰连接。是摆在我们淮南矿区面前的一个课题，本采区设计通过煤⑥压风、洒水、防灭火灌浆、瓦斯抽采、束管监测系统。层群联合开采，优先开采保护层治理瓦斯等方法为以后类均利用矿井原有系统延伸至采区内部。似条件下的煤层群开采提供了一定的经验和思路

7、。InternalCombustionEngine&Parts·139·2.1.1信息采集电路的设计信息采集负责完成煤矿井下巷道和工作面的瓦斯浓度、一氧化碳浓度、温湿度和风速的采集任务，该部分由相应的检测传感器、调理放大电路等组成。①瓦斯浓度采集。瓦斯浓度采集选择NDIR型红外瓦斯传感器IRM-AT，它是基于非分散红外光谱测量技术（NDIR）感测瓦斯浓度，其输出两路电压信号，即参考电压图3信息传输CAN通信接口电路信号和感测电压信号，通过这两路信号大小计算吸光度得到瓦斯浓度。将IRM-AT输出的微弱

8、电信号经调理放大2.2软件设计从煤矿井下信息采集与监控的功能要求来看，可以将后，送入STM32片内A/D采样通道采集处理，最终计算得到瓦斯浓度。其软件设计分为数据采集、数据打包、数据解包和CAN总②一氧化碳浓度采集。一氧化碳传感器选择7E/F，线接口通信4个部分。7E/F为电化学传感器，一氧化碳浓度与其输出电流成正2.2.1数据采集比。7E/F有三个电极：工作电极、对电极和参考电极，工作数据采集完成瓦斯浓度、一氧化碳浓度、温湿度、风速以及现场设备运行状态这些数据的采集