基于CAN總線煤礦瓦斯智能節(jié)點(diǎn)的研究與設(shè)計(jì)

摘要：煤礦瓦斯氣體監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)是保證煤礦生產(chǎn)安全的必備設(shè)備，分析國(guó)內(nèi)外煤礦瓦斯氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)特點(diǎn)，提出基于CAN總線煤礦瓦斯氣體監(jiān)測(cè)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。著重介紹以P80C592單片機(jī)作為CAN總線煤礦瓦斯智能節(jié)點(diǎn)，研究設(shè)計(jì)CAN總線通信接口電路、MAX306數(shù)據(jù)采集電路以及相應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)等。通過(guò)研究設(shè)計(jì)表明智能節(jié)點(diǎn)具有簡(jiǎn)單明了、體積小、性能高、成本低廉、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，能夠滿足煤礦瓦斯氣體監(jiān)測(cè)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)要求。
關(guān)鍵詞：CAN總線；瓦斯；傳感器；遠(yuǎn)程監(jiān)控

0 引言
我國(guó)是世界上最大的煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)，也是世界上少數(shù)幾個(gè)以煤為主要能源的國(guó)家之一。煤炭中含有大量的甲烷(CH4)等易燃易爆氣體，它是瓦斯形成的主要成分，發(fā)生瓦斯事故后會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，危及礦工的生命。隨著煤礦開(kāi)采技術(shù)手段的不斷改進(jìn)和開(kāi)采規(guī)模的擴(kuò)大及開(kāi)采深度的不斷延伸，安全隱患越來(lái)越多，特別是重大、特大瓦斯事故在煤礦事故中所占的比例也越來(lái)越高。如果不控制住瓦斯事故，就不能實(shí)現(xiàn)煤礦安全生產(chǎn)狀況的穩(wěn)定，也就無(wú)法保障煤炭工業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展。所以，對(duì)煤礦井下瓦斯氣體進(jìn)行快速準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)顯得尤其重要，對(duì)易燃易爆混合氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)也成為重中之重。
世界各國(guó)也均有煤礦瓦斯氣體監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)，如波蘭的DAN6400、法國(guó)的TF200、德國(guó)的MINOS和英國(guó)的Senturion-200等，其中全礦井綜合監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)有代表性的產(chǎn)品有美國(guó)MSA公司生產(chǎn)的系統(tǒng)，德國(guó)BEBRO公司的PROMOS系統(tǒng)。但是這兩種系統(tǒng)只是基于井下監(jiān)測(cè)，并無(wú)數(shù)據(jù)上傳，不能實(shí)現(xiàn)智能化監(jiān)控。我國(guó)監(jiān)測(cè)監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用較晚，20世紀(jì)80年代初，從波蘭、法國(guó)、德國(guó)、英國(guó)和美國(guó)等引進(jìn)了一批安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，裝備了部分煤礦；在引進(jìn)的同時(shí)，通過(guò)消化、吸收并結(jié)合我國(guó)煤礦的實(shí)際情況，先后由重慶煤科院、遼寧撫順煤科院等國(guó)內(nèi)知名煤礦科學(xué)研究所研制出KJ2，KJ4，KJ5，KJ10，KJ13，KJ19，KJ38，KJ66，KJ75，KJ80，KJ92，KJ95，KJ101等煤礦有害氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在我國(guó)煤礦已有大量使用，但其中很大一部分儀表的傳輸數(shù)據(jù)是模擬方式，將氣體濃度轉(zhuǎn)化為脈沖量，易受礦井下強(qiáng)電磁設(shè)備干擾，造成監(jiān)測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確，易出現(xiàn)誤報(bào)警等現(xiàn)象。
鑒于此提出基于CAN總線研究設(shè)計(jì)方案，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1，工作原理如下，每個(gè)智能節(jié)點(diǎn)可以監(jiān)測(cè)64點(diǎn)瓦斯，每個(gè)智能節(jié)點(diǎn)把監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)通過(guò)CAN總線傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，上位機(jī)根據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)做出決定。上位機(jī)系統(tǒng)采用PCI總線工業(yè)控制機(jī)和CAN總線接口通信卡，軟件采用VB或組態(tài)軟件編寫(xiě)應(yīng)用程序，下位機(jī)(也稱遠(yuǎn)程智能節(jié)點(diǎn))采用單片機(jī)設(shè)計(jì)，下面著重研究設(shè)計(jì)智能節(jié)點(diǎn)。

CAN總線直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)到10 km(速率在5KB／s以下)，在通信距離為40 m以內(nèi)時(shí)，通信速率最高可達(dá)到1Mb／s。CAN總線節(jié)點(diǎn)數(shù)主要取決于總線驅(qū)動(dòng)電路，目前可達(dá)到110個(gè)，如果需要更多節(jié)點(diǎn)，可以利用中繼器，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的增加和傳輸距離的延長(zhǎng)。