基于can总线的煤矿安全监测系统研究

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1、中北大学学位论文2．1系统分析2．1．1煤矿通信的特点2系统网络构架设计煤矿井下的环境是非常复杂和恶劣的，需要的工作设备和监测设备也非常之多。井下检测环境的主要特点有：‰乳6’∞一2—51，(1)环境异常恶劣。系统的观测点多数都在井下和高压设备的环境中，受到较强的电磁辐射和耐潮耐腐的考验，不仅检测的准确度受到一定的干扰，而且数据的传输也变得不那么可靠。(2)检测对象种类繁多。矿井下的很多环境参数都会牵涉到事故的发生。比如通风不足造成瓦斯浓度过大可能导致瓦斯爆炸。一氧化碳浓度过大会导致井下工作人员中毒，等等。所以每一项相关的参数都得测量并及时准确的传输到控制中

2、心，便于分析当前井下环境的安全程度，尽可能的避免煤矿事故。(3)测点分布广。测点分布不仅广，而且分布不均匀，从而使传感器信号和各种检测信号传送变得复杂和困难。(4)需要中央监控室集中监测。系统观测项目多，测点分布广，一般设置在煤矿调度室进行集中监测与控制，所以需要安全可靠的远距离传输。2．1．2煤矿中需要测量控制的主要参数煤矿中需要测量扩展的主要参数有如下几类：(1)安全环境监测系统：主要用于测量自然环境参数，如甲烷(瓦斯)CH4浓度、一氧化碳CO浓度，二氧化碳CO：浓度、风速风向、负压、温度、湿度、粉尘浓度等。(2)变电所电力采集器：采集的电气参数为功率、

3、电压、电流、电能等。非电气参数为水仓液位、变压器油温、抽风机负压、料位等。(3)泵房控制器：泵的开停控制，甲烷(瓦斯)CH4浓度、水位、湿度、粉尘浓6中北大学学位论文度和风门等。(4)皮带机：因皮带机埋机头，拉断皮带等事故时有发生，所以对其保护应加强，实时监控煤位、防滑、巷道通讯、烟雾浓度等。(5)工作面：开停控制、甲烷(瓦斯)浓度、一氧化碳浓度、湿度、粉尘浓度和风门等。(6)掘进头：开停控制、一氧化碳浓度、湿度、粉尘浓度、风速、风筒和风门等。(7)考勤和巡检系统：实际上可以将考勤和巡检功能用一个系统来完成，不必分成独立的两个系统。该系统已使用到射频读卡技术

4、。整个系统用于人员安全和记录管理。这些系统可能来自不同的厂家，有不同的通讯接口，控制方式各异，那么给整体的管理带来了极大的不便。即使采用统一的接口，传统的RS-485方式也已经不适合如此大型的整体项目，当前形式迫切需要我们提出新的通讯解决方案。2．2系统通信网络的选定系统的通信网络应该具有如下特点：(1)系统能够可靠工作，成本尽量低；(2)系统各个模块功能应相对独立，减少相互之间的耦合，防止一个节点的错误影响整个系统的正常工作；(3)该系统应该具有一定的实时性和可扩展性。对于煤矿监控系统而言，最关键的是要保证通信的实时性和可靠性。2．2．1几种常用通信方式的

5、比较在测控网络中，设备控制层常用的通信技术有RS-232、RS-485、现场总线等。随着工业以太网技术的不断发展，测控网络的设备控制层将有可能采用工业以太网技术来实现。由于RS-232在实际工作中已经使用较少，不再作讨论。下面主要对当前比较流行的现场总线技术与工业以太网进行比较，选择适合在矿井安全监控系统中使用的通信技术啪1。(1)RS-485通信方式的优缺点RS一485采用差分方式来传输数据，有效地抑制了共模干扰，提高了可靠性与通信距7中北大学学位论文离。RS-485拓扑结构为总线型，但仅实现了物理层协议，对于链路层没有定义，缺乏总线仲裁、错误校验，可靠性

6、措施等诸多网络功能。采用RS一485组建的网络中只能有一个主节点，其余均为从节点。这种主从结构的网络无法构成多主结构或冗余结构的系统，一旦主节点出现故障，整个系统将处于瘫痪状态，因而对主节点的可靠性要求很高。另外，网络中数据通信方式为响应型，任何一次数据传输都是主节点首先发出命令，从节点接到命令后，以相应的方式传给主节点。这使得网络上的数据传输速率降低很多，并且使主节点控制器非常繁忙。(2)工业以太网与现场总线●通信带宽以太网的通信速率较高，其标准带宽为lOMbps，现在又流行lOOMbps以及千兆的快速以太网。而一般的现场总线都没有超过12Mbps，表3—

7、1列出常用的几种现场总线的最大带宽他u。表2．1几种现场总线的最大带宽(单位：bps)现场总线PROFIBUSFFLonworksHARTCAN最大带宽12M2．5M1．5M1．2MlM从带宽角度讲，以太网较现场总线有一定的优势。但是，在一般的工业控制现场，对通信速率的要求并不是很高，现场总线的通信速率可以满足要求。●传输短报文时带宽利用率在实际的工业现场，一般站点之间的通信以交换短报文(由几个字节组成)为主。以太网的MAC(MediumAccessControl，媒体访问控制)子层中，采用CSMA／CD(CarrierSenseMultipleAccess

8、withCollisionDetection，带冲突