基于can 总线的液压支架电液控制系统节点设计

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1、基于CAN总线的液压支架电液控制系统节点设计　　摘要：煤矿井下综采工作面液压支架的姿态及推移控制是目前我国实现无人开采的主要瓶颈之一。电液控制是目前井下液压支架控制的主要方式，作为对液压支架姿态的监测和控制，电液控制系统的通信稳定性及可靠性是核心。本文分析了国内煤矿井下使用的支架电液控系统存在的诸多不足之处，结合CAN总线技术支持多主总线及分布式控制等优点，设计了一种基于CAN总线技术通信的煤矿井下液压支架控制系统节点，内容包括以支架控制器为单元的CAN节点硬件设计和系统节点软件设计，通过实验验证，此系统提高了液压支架控制系统的稳定性和可

2、靠性，为国内液压支架电液控制系统的研究提供了参考依据。　　关键词：液压支架；CAN总线；支架控制器；　　中图分类号：TP202文献标识码：A文章编号：1009-3044（2015）30-0197-03　　国内煤矿行业已经进入寒冬季节，各大型煤矿公司为减少开采成本，正酝酿着缩减井下人员，这无疑将井下无人或者少人开采技术上升一个需求高度。作为综采工作面的支护设备，液压支架的自动控制是井下少人或者无人开采的技术难点之一。目前进入国内市场的液压支架控制一律采用电液控制方式，主要有3种：德国MARCO公司的PM31型、德国DBT公司的PM4型及美国

3、JOY公司的RS20型[1]；PM31系统各支架控制器之间的通信采用BIDIBus总线技术，而整个工作面之间的通信则采用T7Bus总线技术；PM4系统各支架间采用BIDIBus互联成综采面网络；RS20系统与上述两种不同，架间通信采用19芯电缆连接，其中有8芯电缆用于系统间通信和急停闭锁功能[2]。PM4和PM31虽然采用的是总线协议，但是属于私有、非标准现场协议，形成的技术思路比较早，实现起来复杂，没有制定可靠的通讯协议，一切后期稳定措施都要靠用户自己编程实现，不但增大了开发难度还需要消耗较多的系统资源。综采工作面对支架的控制可靠性及稳

4、定性要求很高，私有的非标准现场协议不适宜用于控制系统间的网络通信，采用现场总线技术则可以很好地解决上述问题。　　CAN总线技术作为一种标准的现场总线，大量应用于煤矿井下的控制系统之中，其优点是接在总线上的各节点不分主从，各节点都可以向总线上发送数据；采用独特的非破坏总线仲裁技术，预先设置优先级，当各节点同时传输数据时，优先级低的主动退出发送，优先级高的优先传输数据，避免信息阻塞，提高通讯可靠性。另外，CAN总线还具有纠错功能，能够克服井下变频器等导致的强烈电磁干扰影响[4]，而且传输距离远，最远传输距离可达10Km[3]；因此，采用CAN

5、总线协议通信，从稳定性、实时性和传输距离上都满足矿下综采工作面的要求。　　1液压支架电液控制系统及支架控制器节点硬件设计　　1.1液压支架电液控制系统7　　液压支架电液控制系统主要实现支架的动作控制及传感器数据的采集，目前液压支架电液控制系统主要分为3种结构形式，第一种由支架控制器、电磁驱动器、传感器等组成；第二种由支架控制器、人机界面、驱动器和传感器等组成；第三种由支架控制器和传感器组成；本文论述的设计是基于第一种结构形式支架电液控制系统，该系统主要由地面监控、井下主支架控制器、从支架控制器、电磁驱动器及各类传感器组成。其组成框图如图1

6、所示。　　从支架控制器通过外部按键或者传感器的监测数据发出控制命令到驱动器，从而达到对支架进行相关动作控制，主支架控制器监测各个从支架控制器节点发往CAN总线的传感器数据和状态数据并通过以太网与地面集控室实现互联，这样可以方便实现地面上对井下液压支架的监测和控制。　　1.2支架控制器CAN节点硬件设计　　支架控制器在CAN总线上属于一个节点，支架控制器分为主、从控制器两种，主支架控制器主要用于CAN数据的采集并通过以太网上传地面集控中心，在CAN节点设计上与从支架控制器并无区别，因此本文以从支架控制器的CAN节点设计作为代表。本文选择带有

7、CAN控制器的PIC18F2480微处理器作为CAN智能节点主控芯片，该芯片自带1路CAN接口，自带模拟量输入通道，不需要外围电路设计就可以实现模拟量的采集，既简化了电路又提高了系统的稳定性。支架控制器节点CAN通信硬件原理图如图2所示。　　微控制器（D1）与CAN收发器（D3）之间采用双通道数字隔离器ADUM1201ARWZ7（D2），有效保证微控制器与CAN收发器之间的信号及电源隔离，保证煤矿系统的特殊安全要求；同时，在CAN收发器的输出端加一个磁珠（L1），以提高CAN信号的抗干扰能力；CAN收发器采用飞利浦公司的PCA82C250

8、，根据芯片手册选择Rs引脚与地之间的电阻，确定合适的CAN收发器工作方式，本系统采用差分连接方式，采用双绞线传输，有效控制射频干扰，提高系统的稳定性。另外，CAN节点输出端设计了一个120欧姆