CAN总线技术在煤矿安全监控系统中的应用

1.1 目前煤矿安全监控系统的传输系统存在的问题 
　　煤矿生产场所的分布大都在几公里到几十公里的范围，对煤矿生产过程的安全监控遍布各个生产场所。对传输距离和传输速率的改进，将提供一个从根本上保障煤矿生产安全监控的时效性的技术措施，实现真正意义的能够满足措施及时落实到位的实时监控。从而极大地提高煤矿安全生产的监控力度和监控效力，保障人民的生命财产不受损失。
　　煤矿安全监控系统在我国已经有多年的研究及应用，但其传输技术一直是系统研究中的薄弱环节，随着网络技术的发展，安全监控系统的数据传输的重要性日益突出。目前国内外煤矿安全监控系统中所采用的传输技术，存在着以下几个方面的问题需要进一步解决：
　　（1）、传输速率慢
　　（2）、非标准化
　　（3）、高速传输时的传输距离短
　　（4）、无中继连接的节点数少
　　（5）、传输系统结构灵活性差
　　1.2 基于CAN总线技术的问题解决方案
　　煤矿安全监控系统，是一种典型的工业监测监控系统。与一般工控系统相比，它具有这样的特点：系统监测监控设备分散距离远，节点设备动态变化频繁，环境要求防爆。
　　CAN的多主结构、理论无限的节点容量（不存在物理站点编号问题）、位仲裁的总线分配和介质访问技术和额定zui大速率1Mbit/s的传输速率（实际传输速率在器件和线缆性能允许的情况下可以超过这个速率）以及在5Kbit/s传输速率下可无中继传输10公里的传输距离等特点，都非常适用于煤矿安全监控系统的组成特点和传输要求。
　　基于CAN总线的煤矿安全监控传输系统的设计，包括系统网络结构设计、监控分站节点内传输电路设计、分支中继电路设计和传输程序设计。
　　1.2.1 基于CAN总线的井下安全监控系统网络结构设计
　　整个煤矿安全监控系统设计由地面中心站、网关节点站、分支中继器、井下监控分站和各种传感器以及通信介质，共六个部分组成。其中中心站负责接收、存储和显示从井下监控分站传来的各种井下生产环境安全监控数据，并通过各个井下分站发送各种配置命令和对现场设备的控制命令;井下分站负责从传感器收集数据、和地面中心站通信、输出各种控制信号和在需要的地方同时充当分支中继器;网关节点站实现现场总线协议和中心站计算机标准接口协议的相互转换;分支中继器在需要的地方完成通信线路的分支、中继和介质信号的转换;传感器负责收集各种现场环境安全监控数据和设备运行状态数据;通信介质负责安全监控系统各设备的连接和信息的传递。整个系统的传输系统采用CAN总线拓扑结构，整个监控系统分三级结构：中心站——井下分站——传感器。

　　图1 是带有中继器的煤矿安全监控系统的组成原理图。图中的传输系统采用CAN现场总线技术。通信光纤/电缆上传输基带信号，节点间数据传输采用CAN协议。

图1带有中继器的煤矿安全监控系统的组成原理图
　　1.2.2 安全监控分站中CAN总线传输电路的设计
　　井下安全监控分站是整个安全监控系统的核心，它负责收集和处理现场生产环境和设备状态等方面的安全监控数据，并能实现就地控制设备。它更是传输系统的关键设施，各种数据的收发都要通过它的传输电路进行。图4是整个监控分站的原理设计。

图2 基于CAN总线技术的监控分站结构图
　　1.2.3 基于CAN总线的多功能分支中继电路的设计
　　分支中继电路*工作于CAN总线传输网络的物理层，就是负责CAN信号（NRZ码）的分接、中继和光电转换。

图3 多功能光电分支中继器的原理图
　　由于要满足CAN总线的按位仲裁功能的实现，所以在分支中继电路中要包含能够实现差分输入输出并能实现信号“线与”的CAN驱动电路，本电路设计中选用zui常用的CAN驱动电路PC82C250芯片。由于“线与”功能是靠电气连接实现的，所以在设计光/电分支中继的时候，必须将光信号转换为电信号，再通过两片CAN驱动电路PC82C250的连接实现“线与”。