針對刨煤機組中液壓支架多而分散、系統(tǒng)信息量大等特點，基于CAN協(xié)議總線設計了液壓支架分布式監(jiān)控系統(tǒng)，上位機監(jiān)控端可通過CAN總線和液壓支架控制器進行通信，實現(xiàn)多液壓支架的分散安裝和集中控制功能，介紹了系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)、工作原理、液壓支架控制器節(jié)點的硬件設計和CAN應用層協(xié)議以及軟件通信設計。

網(wǎng)絡化是煤礦監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢，隨著綜采機械化水平的不斷提高，對液壓支架工作狀態(tài)的監(jiān)測技術(shù)水平要求也越高。目前，采煤機和運輸機的監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)在許多煤礦投入使用，但液壓支架工作狀態(tài)的實時監(jiān)測系統(tǒng)滯后于上述監(jiān)控系統(tǒng)。液壓支架的控制節(jié)點一般采用BIDI Bus網(wǎng)絡聯(lián)通，隨著現(xiàn)場總線的提出，支架控制網(wǎng)絡開始使用現(xiàn)場總線，如較為先進的CAN。

CAN是多主總線網(wǎng)絡，CAN協(xié)議總線在實時性、成本、可靠性等方面有它獨特的優(yōu)越性。對液壓支架的監(jiān)控關(guān)鍵在于支架的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)的實時傳輸，因此采用CAN協(xié)議總線形成的分布式控制網(wǎng)絡能及時掌握液壓支架的工作數(shù)據(jù)從而實現(xiàn)對液壓支架的實時監(jiān)控，這樣能避免很多不必要的事故，能達到既節(jié)省勞動力和工作時間又能高效率的生產(chǎn)工作的目的。

1 支架電液監(jiān)控系統(tǒng)

液壓支架監(jiān)控系統(tǒng)包括支架控制節(jié)點、CAN總線、地面控制、井下服務器、傳感器等，如圖1所示。液壓支架節(jié)點采集壓力、位移等信號，通過CAN總線實時傳給地面控制室，地面控制室根據(jù)接收的采集信號控制支架節(jié)點的動作。

1 基于 CAN總線的支架電液控制系統(tǒng)

液壓支架監(jiān)控CAN總線信息分3類：

（1） 傳感器信息：液壓支架運動中采集的傳感器信息。

（2） 控制信息：由控制節(jié)點發(fā)出，控制執(zhí)行節(jié)點動作。

（3） 緊急指令：由總控制節(jié)點發(fā)送至執(zhí)行節(jié)點，如緊急停機等動作。

2 支架CAN控制器設計

本系統(tǒng)采用的微處理器是ATMEL公司的低功耗、高性能微控制器AT89S52，系統(tǒng)的CAN控制器采用PHILIPS公司的獨立CAN控制器SJA1000，CAN總線驅(qū)動器選用82C250。

AT89S52與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容，具有8K字節(jié)的可編程Flash存儲器、256字節(jié)RAM。將控制器AT89S52的P1.0和SJA1000的AD0~AD7相連以接收與發(fā)送數(shù)據(jù)。將SJA1000的/CS連接到主控制器的P2.7口，AT89S52通過此接口讀、寫SJA1000，將SJA1000的功能引腳分別與控制器對應引腳相連，在訪問處理器外設時將會自動產(chǎn)生相應的操作。

為了提高支架控制節(jié)點的抗干擾能力，選用高速光耦6N137將CAN控制器與收發(fā)器隔離。另外，網(wǎng)絡終端的支架節(jié)點需要接120歐姆的電阻以匹配總線的阻抗。圖2所示是CAN接口硬件電路圖。

圖2 CAN接口硬件電路圖

3 系統(tǒng)的軟件設計

3.1 信息優(yōu)先級分配

采用CAN2.0A標準幀格式，由于系統(tǒng)中周期性信息與隨機信息共存，采用截止期單調(diào)算法分配信息的標識符，即以每個信息的要求截止期限為依據(jù)，截止期越大的信息給予越低的優(yōu)先級，整個系統(tǒng)保證每個信息的優(yōu)先級唯一。

3.2 CAN通信軟件的設計

根據(jù)模塊化思想，將CAN通信軟件分為三個部分，即CAN初始化模塊、信息接收模塊以及信息發(fā)送模塊。

CAN控制器SJA1000在正式收發(fā)信號之前必須進行初始化設置，初始化首先禁能主控制器中斷源，進入CAN控制器復位模式，之后需進行時鐘分頻寄存器、驗收代碼、定時寄存器、輸出控制寄存器等配置，最后時能CAN中斷，則完成了初始化。

報文的發(fā)送和接收由CAN控制器SJA1000獨立完成［3］。主控制器將要發(fā)送報文傳送到發(fā)送緩沖器，然后置位發(fā)送請求標志，發(fā)送指令采用查詢控制段的狀態(tài)標志來控制發(fā)送；收到信息時，通過中斷請求通知控制器已經(jīng)接收信息，主控制器從接收緩沖器提取信息，將信息存入本地存儲器，然后釋放接收緩沖器。

3.3上位機PC監(jiān)控系統(tǒng)設計

為了動態(tài)顯示液壓支架的運行情況，基于組態(tài)軟件開發(fā)了監(jiān)控界面，PC節(jié)點通過CAN適配卡接入CAN網(wǎng)絡，接收液壓支架CAN網(wǎng)絡傳遞的數(shù)據(jù)，并形象的顯示出來，主界面如圖3所示。

圖3 液壓支架監(jiān)控界面

4 結(jié)語

本文設計的基于CAN總線設計的刨煤機組液壓支架監(jiān)控系統(tǒng)可實現(xiàn)液壓支架工作狀態(tài)的實時監(jiān)控功能，該監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)成功應用于薄煤層開采中，相比BIDI Bus系統(tǒng)，該系統(tǒng)響應速度快，可靠性高，運行過程中表現(xiàn)穩(wěn)定。