基于can總線的煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)研究

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1、中北大學(xué)學(xué)位論文2．1系統(tǒng)分析2．1．1煤礦通信的特點(diǎn)2系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架設(shè)計(jì)煤礦井下的環(huán)境是非常復(fù)雜和惡劣的，需要的工作設(shè)備和監(jiān)測設(shè)備也非常之多。井下檢測環(huán)境的主要特點(diǎn)有：‰乳6’∞一2—51，(1)環(huán)境異常惡劣。系統(tǒng)的觀測點(diǎn)多數(shù)都在井下和高壓設(shè)備的環(huán)境中，受到較強(qiáng)的電磁輻射和耐潮耐腐的考驗(yàn)，不僅檢測的準(zhǔn)確度受到一定的干擾，而且數(shù)據(jù)的傳輸也變得不那么可靠。(2)檢測對(duì)象種類繁多。礦井下的很多環(huán)境參數(shù)都會(huì)牽涉到事故的發(fā)生。比如通風(fēng)不足造成瓦斯?jié)舛冗^大可能導(dǎo)致瓦斯爆炸。一氧化碳濃度過大會(huì)導(dǎo)致井下工作人員中毒，等等。所以每一項(xiàng)相關(guān)的參數(shù)都得測量并及時(shí)準(zhǔn)確的傳輸?shù)娇刂浦?/p>

2、心，便于分析當(dāng)前井下環(huán)境的安全程度，盡可能的避免煤礦事故。(3)測點(diǎn)分布廣。測點(diǎn)分布不僅廣，而且分布不均勻，從而使傳感器信號(hào)和各種檢測信號(hào)傳送變得復(fù)雜和困難。(4)需要中央監(jiān)控室集中監(jiān)測。系統(tǒng)觀測項(xiàng)目多，測點(diǎn)分布廣，一般設(shè)置在煤礦調(diào)度室進(jìn)行集中監(jiān)測與控制，所以需要安全可靠的遠(yuǎn)距離傳輸。2．1．2煤礦中需要測量控制的主要參數(shù)煤礦中需要測量擴(kuò)展的主要參數(shù)有如下幾類：(1)安全環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)：主要用于測量自然環(huán)境參數(shù)，如甲烷(瓦斯)CH4濃度、一氧化碳CO濃度，二氧化碳CO：濃度、風(fēng)速風(fēng)向、負(fù)壓、溫度、濕度、粉塵濃度等。(2)變電所電力采集器：采集的電氣參數(shù)為功率、

3、電壓、電流、電能等。非電氣參數(shù)為水倉液位、變壓器油溫、抽風(fēng)機(jī)負(fù)壓、料位等。(3)泵房控制器：泵的開?？刂?，甲烷(瓦斯)CH4濃度、水位、濕度、粉塵濃6中北大學(xué)學(xué)位論文度和風(fēng)門等。(4)皮帶機(jī)：因皮帶機(jī)埋機(jī)頭，拉斷皮帶等事故時(shí)有發(fā)生，所以對(duì)其保護(hù)應(yīng)加強(qiáng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控煤位、防滑、巷道通訊、煙霧濃度等。(5)工作面：開停控制、甲烷(瓦斯)濃度、一氧化碳濃度、濕度、粉塵濃度和風(fēng)門等。(6)掘進(jìn)頭：開?？刂啤⒁谎趸紳舛?、濕度、粉塵濃度、風(fēng)速、風(fēng)筒和風(fēng)門等。(7)考勤和巡檢系統(tǒng)：實(shí)際上可以將考勤和巡檢功能用一個(gè)系統(tǒng)來完成，不必分成獨(dú)立的兩個(gè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)已使用到射頻讀卡技術(shù)

4、。整個(gè)系統(tǒng)用于人員安全和記錄管理。這些系統(tǒng)可能來自不同的廠家，有不同的通訊接口，控制方式各異，那么給整體的管理帶來了極大的不便。即使采用統(tǒng)一的接口，傳統(tǒng)的RS-485方式也已經(jīng)不適合如此大型的整體項(xiàng)目，當(dāng)前形式迫切需要我們提出新的通訊解決方案。2．2系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的選定系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該具有如下特點(diǎn)：(1)系統(tǒng)能夠可靠工作，成本盡量低；(2)系統(tǒng)各個(gè)模塊功能應(yīng)相對(duì)獨(dú)立，減少相互之間的耦合，防止一個(gè)節(jié)點(diǎn)的錯(cuò)誤影響整個(gè)系統(tǒng)的正常工作；(3)該系統(tǒng)應(yīng)該具有一定的實(shí)時(shí)性和可擴(kuò)展性。對(duì)于煤礦監(jiān)控系統(tǒng)而言，最關(guān)鍵的是要保證通信的實(shí)時(shí)性和可靠性。2．2．1幾種常用通信方式的

5、比較在測控網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)備控制層常用的通信技術(shù)有RS-232、RS-485、現(xiàn)場總線等。隨著工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，測控網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備控制層將有可能采用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。由于RS-232在實(shí)際工作中已經(jīng)使用較少，不再作討論。下面主要對(duì)當(dāng)前比較流行的現(xiàn)場總線技術(shù)與工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行比較，選擇適合在礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)中使用的通信技術(shù)啪1。(1)RS-485通信方式的優(yōu)缺點(diǎn)RS一485采用差分方式來傳輸數(shù)據(jù)，有效地抑制了共模干擾，提高了可靠性與通信距7中北大學(xué)學(xué)位論文離。RS-485拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為總線型，但僅實(shí)現(xiàn)了物理層協(xié)議，對(duì)于鏈路層沒有定義，缺乏總線仲裁、錯(cuò)誤校驗(yàn)，可靠性

6、措施等諸多網(wǎng)絡(luò)功能。采用RS一485組建的網(wǎng)絡(luò)中只能有一個(gè)主節(jié)點(diǎn)，其余均為從節(jié)點(diǎn)。這種主從結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)無法構(gòu)成多主結(jié)構(gòu)或冗余結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，一旦主節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)將處于癱瘓狀態(tài)，因而對(duì)主節(jié)點(diǎn)的可靠性要求很高。另外，網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)通信方式為響應(yīng)型，任何一次數(shù)據(jù)傳輸都是主節(jié)點(diǎn)首先發(fā)出命令，從節(jié)點(diǎn)接到命令后，以相應(yīng)的方式傳給主節(jié)點(diǎn)。這使得網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)傳輸速率降低很多，并且使主節(jié)點(diǎn)控制器非常繁忙。(2)工業(yè)以太網(wǎng)與現(xiàn)場總線●通信帶寬以太網(wǎng)的通信速率較高，其標(biāo)準(zhǔn)帶寬為lOMbps，現(xiàn)在又流行l(wèi)OOMbps以及千兆的快速以太網(wǎng)。而一般的現(xiàn)場總線都沒有超過12Mbps，表3—

7、1列出常用的幾種現(xiàn)場總線的最大帶寬他u。表2．1幾種現(xiàn)場總線的最大帶寬(單位：bps)現(xiàn)場總線PROFIBUSFFLonworksHARTCAN最大帶寬12M2．5M1．5M1．2MlM從帶寬角度講，以太網(wǎng)較現(xiàn)場總線有一定的優(yōu)勢。但是，在一般的工業(yè)控制現(xiàn)場，對(duì)通信速率的要求并不是很高，現(xiàn)場總線的通信速率可以滿足要求?！駛鬏敹虉?bào)文時(shí)帶寬利用率在實(shí)際的工業(yè)現(xiàn)場，一般站點(diǎn)之間的通信以交換短報(bào)文(由幾個(gè)字節(jié)組成)為主。以太網(wǎng)的MAC(MediumAccessControl，媒體訪問控制)子層中，采用CSMA／CD(CarrierSenseMultipleAccess

8、withCollisionDetection，帶沖突