基于CAN總線的嵌入式膠帶機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在大平礦的使用

鄧景忱　蘇波　鐘輝華　張景龍

【摘要】現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是一項(xiàng)煤礦生產(chǎn)自動(dòng)化是煤礦生產(chǎn)高產(chǎn)高效的必然要求，膠帶機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式的多樣性，膠帶機(jī)各數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性都使得基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的嵌入式控制系統(tǒng)越來越多的應(yīng)用到煤礦生產(chǎn)控制系統(tǒng)中。本文介紹了大平礦引進(jìn)該項(xiàng)技術(shù)并應(yīng)用于膠帶監(jiān)控系統(tǒng)中的效果和經(jīng)驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】嵌入式;CAN總線;膠帶監(jiān)控

0.引言

CAN總線是以智能傳感器、控制、計(jì)算機(jī)、數(shù)字通信、網(wǎng)絡(luò)為主要內(nèi)容的一種現(xiàn)場(chǎng)總線。它的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性，它采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時(shí)間短，受干擾概率低，CAN節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下，可自動(dòng)關(guān)閉輸出，使其它節(jié)點(diǎn)操作不受影響，另外在通信介質(zhì)的選擇方面CAN總線可為雙絞線、同軸電纜或光纖，選擇靈活。

大平礦采用的膠帶電控系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)綜采工作面順槽皮帶、固定膠帶機(jī)等的保護(hù)、控制、沿線通話、故障檢測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)電視接入、漢字圖形顯示和語音報(bào)警等功能。系統(tǒng)采用嵌入式技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)相結(jié)合，并配有以太網(wǎng)口、RS485等豐富接口，易與其它子系統(tǒng)和設(shè)備連接，易與全礦井自動(dòng)化系統(tǒng)匯接，實(shí)現(xiàn)各種信息的共享。

從綜采工作面順槽皮帶到固定膠帶運(yùn)輸機(jī)；從單條運(yùn)輸膠帶到整個(gè)礦井的所有膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)；從簡(jiǎn)單的頭尾搭接到匯接皮帶；都能提供設(shè)備啟?？刂疲ぷ麟娏麟妷?、皮帶速度、煤倉煤位的檢測(cè)和顯示，并且遠(yuǎn)程傳輸通訊；故障自診斷等等，此均可提供全套解決方案。

1．系統(tǒng)特點(diǎn)

采用以太網(wǎng)+現(xiàn)場(chǎng)總線（CAN）方式，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)明，便于擴(kuò)展。接口類型豐富，易與其他子系統(tǒng)或設(shè)備連接。安裝維護(hù)簡(jiǎn)單，可自動(dòng)識(shí)別沿線總線類型的監(jiān)測(cè)設(shè)備的類型、位置，無需設(shè)置地址撥碼開關(guān)。

系統(tǒng)人機(jī)操作界面友好，故障查詢及診斷快捷。

2.系統(tǒng)工作原理及組成

系統(tǒng)由地面監(jiān)控主機(jī)、系統(tǒng)信號(hào)傳輸設(shè)備和監(jiān)控子系統(tǒng)組成。

地面監(jiān)控主站由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、顯示器、網(wǎng)卡和相應(yīng)的系統(tǒng)軟件、集控軟件或組態(tài)軟件組成。

系統(tǒng)信號(hào)傳輸可以采用三種方式：電纜總線傳輸方式由傳輸接口組成；光纜傳輸方式由數(shù)據(jù)接口箱和礦用本安型光端機(jī)組成，光端機(jī)以下為總線傳輸方式；環(huán)網(wǎng)交換機(jī)的網(wǎng)絡(luò)傳輸方式由地面環(huán)網(wǎng)接入器和礦用環(huán)網(wǎng)接入器組成，井下環(huán)網(wǎng)接入器以下為總線傳輸方式。

監(jiān)控子系統(tǒng)由礦用本安型工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、礦用多功能控制驅(qū)動(dòng)器以及各種傳感器保護(hù)裝置、通信信號(hào)裝置、專用控制裝置等組成。在每條膠帶機(jī)根據(jù)選擇不同的設(shè)備組成不同的子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)不同功能。

3.主要功能

3.1工作方式

該系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程集控、本機(jī)集控、單機(jī)自動(dòng)、就地手動(dòng)等四種工作方式。

遠(yuǎn)程集控方式：本安計(jì)算機(jī)接收來自主站(上位機(jī)或集控主站)的開車和停車指令，自動(dòng)按順序起動(dòng)、運(yùn)行、聯(lián)鎖與保護(hù)、停車全過程的控制和監(jiān)測(cè)。

本機(jī)集控：指皮帶司機(jī)根據(jù)生產(chǎn)要求發(fā)出開、停車指令，計(jì)算機(jī)控制的多條皮帶之間的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)按順序起動(dòng)、運(yùn)行、聯(lián)鎖與保護(hù)、停車全過程的控制與監(jiān)測(cè)。

單機(jī)自動(dòng)：指本安計(jì)算機(jī)由本司機(jī)根據(jù)生產(chǎn)要求發(fā)出開、停車指令。仍保留集中運(yùn)行的全部功能，同時(shí)將信息傳給主站。

就地手動(dòng)：該方式為人工手動(dòng)操作，除沿線拉線急停外其余保護(hù)不起作用，主要用于檢修試車之用，本安計(jì)算機(jī)只起監(jiān)測(cè)作用。

3.2控制功能

該系統(tǒng)具有一般膠帶機(jī)開停、軟控起停、功率平衡、下運(yùn)開停等控制功能。

具有保護(hù)功能：跑偏、閉鎖、打滑、堆煤、超溫、灑水、煙霧、縱撕，張力下降。

在本安計(jì)算機(jī)上可顯示各膠帶電機(jī)的開停狀態(tài)，給煤機(jī)的開停狀態(tài)，電源、松閘、油泵狀態(tài)指示，調(diào)速型液力耦合器勺桿位置等工況。顯示皮帶系統(tǒng)之間的搭接關(guān)系，并通過改變圖形顏色標(biāo)示各種工礦故障信號(hào)。

本安計(jì)算機(jī)具有豐富的接口，可通過多種方式和其它設(shè)備連接，構(gòu)成膠帶運(yùn)輸機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)傳輸也可與其它煤礦監(jiān)測(cè)系統(tǒng)匯接或通過上位機(jī)接入計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。

4.嵌入式組態(tài)界面

嵌入式組態(tài)界面提供簡(jiǎn)單豐富的人機(jī)對(duì)話界面，根據(jù)被控膠帶機(jī)的特征及參數(shù)、控制設(shè)備的配置、控制要求、相關(guān)設(shè)備的邏輯關(guān)系等要素，對(duì)控制機(jī)的運(yùn)行程序進(jìn)行參數(shù)的設(shè)定、模塊的重裝配以及人機(jī)界面的確定。使控制機(jī)完成對(duì)特定膠帶機(jī)及相關(guān)設(shè)備的全部控制要求。將PLC編程過程，簡(jiǎn)化為更易掌握和操作的參數(shù)配置過程。

膠帶機(jī)控制軟件多種方式控制膠帶機(jī)開停，根據(jù)設(shè)定的參數(shù)，對(duì)膠帶機(jī)保護(hù)動(dòng)作并提示報(bào)警信息，膠帶機(jī)工況運(yùn)行參數(shù)顯示和圖形顯示，膠帶機(jī)保護(hù)設(shè)備的工況運(yùn)行設(shè)備情況指示。

5.皮帶集控系統(tǒng)對(duì)存在的問題餓解決方案

5.1接口方面，盡可能統(tǒng)一接口規(guī)范，減少接口種類

接口是實(shí)現(xiàn)不同生產(chǎn)廠家控制系統(tǒng)相互通訊、控制的關(guān)鍵。大平礦在皮帶集控建設(shè)過程中就遇到集控廠家與皮帶液壓站廠家、綜采工作面順槽皮帶廠家、變頻器廠家、軟啟動(dòng)廠家在同樣的RS485—RTU通訊規(guī)約條件下的無法相互通信問題，歸納起來主要是PLC可編程控制器、嵌入式控制機(jī)單片機(jī)主板相互之間以及與網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的通信規(guī)約制式、功能碼差別。一旦某種設(shè)備的接口接不上，就無法實(shí)現(xiàn)該設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控。所以，在選擇設(shè)備時(shí)，盡可能減少設(shè)備接口種類，盡可能地統(tǒng)一接口規(guī)范，統(tǒng)一接口的通訊協(xié)議和規(guī)約。

5.2系統(tǒng)干擾的解決

由于井下膠帶大量使用變頻裝置，對(duì)皮帶控制機(jī)的電源和通訊都造成極大地干擾，發(fā)生誤動(dòng)作和通訊中斷的情況時(shí)常發(fā)生而且非常不易查找。解決此類問題主要是將皮帶控制機(jī)電源與變頻器電源堅(jiān)決分開，通訊干擾問題要解決變頻器走線與通訊走線的分離問題，不能交叉，同時(shí)在采用通訊線時(shí)要盡量使用屏蔽層質(zhì)量好的通訊絞線或光纖。

5.3倉門使用水缸開啟的遠(yuǎn)方自動(dòng)控制

大平礦膠帶系統(tǒng)倉門的控制使用水介質(zhì)的液壓千斤頂，該種倉門控制方式控制簡(jiǎn)單、故障率極低、檢修維護(hù)量小的特點(diǎn)，但是在集控系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)對(duì)水缸的遠(yuǎn)方自動(dòng)控制較難，使用給煤機(jī)或液壓推拉桿的控制方式雖然集控控制簡(jiǎn)單但是在日常使用維護(hù)時(shí)由于存在機(jī)構(gòu)傳動(dòng)維修量必然增加，故障率也會(huì)相對(duì)增大。為此對(duì)控制程序進(jìn)行了更改，水缸的開啟分為正常開啟、急停關(guān)閉兩種方式，以時(shí)間控制水缸的起停距離，同時(shí)水缸的急停關(guān)閉與集控故障相連，在發(fā)生皮帶急停時(shí)，水缸具有自動(dòng)關(guān)閉到位功能，有效解決了皮帶的安全運(yùn)行問題。

5.4上位機(jī)與皮帶控制器通訊中斷問題

大平礦皮帶集控系統(tǒng)投入使用后，要將皮帶司機(jī)撤離，在缺少人員監(jiān)護(hù)的狀態(tài)下，上位機(jī)與井下皮帶控制機(jī)通訊中斷后皮帶機(jī)必然連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)而造成事故，因此必須找到檢測(cè)通訊中斷的有效穩(wěn)定方法，大平礦皮帶集控系統(tǒng)解決檢測(cè)通訊中斷的方式有兩種，第一種方式是監(jiān)測(cè)上位機(jī)時(shí)時(shí)發(fā)送長(zhǎng)度為500MS的通訊脈沖波，由各個(gè)皮帶控制分站進(jìn)行不間斷監(jiān)測(cè)，當(dāng)連續(xù)兩個(gè)通訊脈沖未檢測(cè)到時(shí)，皮帶控制分站判斷通訊中斷將自動(dòng)執(zhí)行緊急停運(yùn)程序進(jìn)行自動(dòng)停機(jī)。該種檢測(cè)方式存在如果發(fā)生干擾而出現(xiàn)誤動(dòng)作的問題。第二種方式是由于采用RS485雙向通訊，由皮帶控制分站檢測(cè)通訊接收指令，當(dāng)發(fā)現(xiàn)8位指令出現(xiàn)中斷時(shí)將自動(dòng)執(zhí)行緊急停運(yùn)程序進(jìn)行自動(dòng)停機(jī)，該種檢測(cè)方式檢測(cè)比較準(zhǔn)確但存在8位指令位中有一位CRC余碼檢測(cè)問題，也存在誤動(dòng)作的問題。通訊中斷檢測(cè)準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性問題還需要在以后的運(yùn)行過程中進(jìn)一步進(jìn)行考證。

6.結(jié)論

大平礦皮帶集控系統(tǒng)投入使用后，大大提高了皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)的運(yùn)行效率和安全性，完善了大平礦礦井機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，提高礦井運(yùn)行管理的有效的技術(shù)手段。[科]