CAN總線在液壓支架電液控制系統(tǒng)的應(yīng)用

1液壓支架電液控制系統(tǒng)的通訊方式分析

　　液壓支架電液控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)綜采工作面高產(chǎn)高效的關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備。當(dāng)前國際上主流的液壓支架電液控制系統(tǒng)有：DBT公司的PM4、MARCO公司的PM31和JOY公司的RS20型3種。在通訊方面，PM4架間通過BIDIBus互聯(lián)成綜采面網(wǎng)絡(luò)。這種方式的缺點(diǎn)在于，一旦控制器不能正常工作，將導(dǎo)致控制系統(tǒng)通訊的中斷。PM31架間的通訊通過BIDIBus，全工作面的互聯(lián)則采用TBus。RS20控制器間通過一條19芯強(qiáng)電纜連接，其中的8根線用于通訊和緊急閉鎖?？梢钥闯觯琍M4與PM31都采用總線的方式進(jìn)行通訊，但都不是標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線。通過對3種控制器的剖析發(fā)現(xiàn)，它們的技術(shù)思路形成較早，且產(chǎn)品一直延續(xù)著早期形成的思路。而現(xiàn)場總線的提出相對較晚。與現(xiàn)場總線方式相比，早期的技術(shù)思路存在著如下幾點(diǎn)缺陷：實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，需要消耗較多的系統(tǒng)資源;沒有提供可靠高效的通訊協(xié)議，數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤檢測和出錯(cuò)重發(fā)完全靠用戶編制的軟件實(shí)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)的錯(cuò)誤處理能力不強(qiáng)。為了保證通訊的準(zhǔn)確性和系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，就必須編制完善的調(diào)度程序和通信協(xié)議，這就增加了系統(tǒng)開發(fā)的難度和開發(fā)周期。采用現(xiàn)場總線技術(shù)則可較好的解決上述問題。

2CAN總線的特點(diǎn)

　　CAN（ControllerAreaNetwork）即控制器局域網(wǎng)絡(luò)，是一種標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線。由于其高可靠性、靈活性以及獨(dú)特的設(shè)計(jì)，CAN總線越來越受到人們的重視并被廣泛的應(yīng)用于航海、航空、醫(yī)療及工業(yè)現(xiàn)場領(lǐng)域。CAN總線的特點(diǎn)可以概括如下：

　?。?）通信方式靈活。CAN既可以采用多主方式，也可以采用單主多從的方式。

　?。?）CAN總線采用非破壞性仲裁技術(shù)，當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向總線發(fā)送信息時(shí)，優(yōu)先級較低的節(jié)點(diǎn)會主動的退出發(fā)送，而最高優(yōu)先級的節(jié)點(diǎn)可不受影響的繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，從而大大節(jié)省了總線沖突仲裁時(shí)間。

　　（3）通過報(bào)文濾波即可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)、點(diǎn)對多點(diǎn)及全局廣播等幾種方式傳送接收數(shù)據(jù)，無需專門的“調(diào)度”。

　?。?）CAN的直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km（傳輸速率5kb/s以下）;通信速率最高可達(dá)1Mb/s（通信距離最長為40m）。

　?。?）CAN上的節(jié)點(diǎn)數(shù)主要取決于總線驅(qū)動電路，目前可達(dá)110個(gè);報(bào)文標(biāo)識符可達(dá)2032種（CAN2.0A），而擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)（CAN2.0B）的報(bào)文標(biāo)識符幾乎不受限制。

　　液壓支架電液控制系統(tǒng)是一種分布式控制系統(tǒng)。而CAN總線自身的特點(diǎn)使CAN總線能夠有效的支持分布式控制。結(jié)合CAN總線在分布式控制系統(tǒng)中的成功應(yīng)用以及液壓支架電液控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，將CAN總線應(yīng)用于液壓支架電液控制系統(tǒng)具有較大優(yōu)勢。

3CAN總線節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)

　　基于CAN總線的液壓支架電液控制系統(tǒng)中，每個(gè)支架控制器都是一個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)，采用總線式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖1所示。由于CAN總線驅(qū)動器最多支持110個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)，當(dāng)綜采面的支架數(shù)超過該數(shù)目時(shí)，還需配備CAN總線中繼節(jié)點(diǎn)。因此，電液控制系統(tǒng)的CAN總線上包括兩類節(jié)點(diǎn)，普通節(jié)點(diǎn)與中繼節(jié)點(diǎn)。

圖1基于CAN總線的電液控制系統(tǒng)

　　3.1普通CAN節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

　　CAN總線的兩層協(xié)議固化在它的相關(guān)芯片中，主要是總線控制器和總線驅(qū)動器。總線驅(qū)動器選用Philips的PCA82C250。總線控制器則采用Motorola單片機(jī)中自帶的MSCAN模塊。該模塊是Motorola為16位MCU設(shè)計(jì)的通用CAN通信模塊。采用自帶CAN模塊的Motorola單片機(jī)在最大程度上簡化了節(jié)點(diǎn)電路的設(shè)計(jì)，普通CAN節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的電路原理圖如圖2所示。

　　3.2CAN總線中繼節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)

　　普通CAN節(jié)點(diǎn)只需使用1個(gè)MSCAN模塊，而CAN總線中繼節(jié)點(diǎn)則要用到單片機(jī)中的2個(gè)MSCAN模塊，通過外加驅(qū)動電路分別連接到CAN總線的兩個(gè)網(wǎng)段上，實(shí)現(xiàn)中繼的功能。

　　中繼節(jié)點(diǎn)接收3種數(shù)據(jù)幀：廣播數(shù)據(jù)幀，需要被轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)幀以及針對中繼節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)幀。對應(yīng)于要接收的3種數(shù)據(jù)幀，分別設(shè)置3個(gè)接收濾波器。而普通節(jié)點(diǎn)只需設(shè)置2個(gè)濾波器即可滿足要求。從轉(zhuǎn)發(fā)的方式來講，轉(zhuǎn)發(fā)有直接轉(zhuǎn)發(fā)和翻譯轉(zhuǎn)發(fā)兩種。直接轉(zhuǎn)發(fā)是最簡單的轉(zhuǎn)發(fā)方式。采用直接轉(zhuǎn)發(fā)方式要求兩個(gè)網(wǎng)段具有相同的數(shù)據(jù)幀格式，而數(shù)據(jù)幀格式不同時(shí)則需要采用翻譯轉(zhuǎn)發(fā)的方式。在液壓支架電液控制系統(tǒng)中，所有網(wǎng)段的數(shù)據(jù)幀格式都是相同的。因此，中繼節(jié)點(diǎn)采用直接轉(zhuǎn)發(fā)方式。

圖2CAN總線節(jié)點(diǎn)電路原理圖