基于CAN總線的煤礦安全分布式監控系統

本文針對煤礦監測系統存在網絡瓶頸、采集終端不兼容的不足，研究了基于CAN 總線的煤礦安全分布式監控系統，根據礦井的特點設計了通用智能環境監控終端和機電設備運行狀態監控終端，并通過CAN 總線實現多節點高速、高可靠性的網絡互聯，對煤礦環境安全參數和設備運行狀態進行實時監控，各監控終端可根據優先級別自主通訊，主機對全局參數進行信息融合、綜合分析與診斷及預警連鎖及輔助決策。
關鍵詞：煤礦；安全；監控系統；CAN
隨著社會的發展，能源需求快速增長，我國煤炭資源豐富，油氣資源相對貧乏，煤炭需求進入高增長期。而我國地質條件惡劣，47％的礦井屬于高瓦斯或瓦斯突出礦井，煤礦事故頻發，近幾年，隨著國家對煤礦企業安全生產要求的不斷提高和企業自身發展的需要，我國煤礦企業開始重視基礎設施建設，加大安全投入，煤礦安全監控系統得到了普遍應用，大大提高了礦井安全生產水平和安全生產管理效率[1，2]。
我國煤礦安全監控技術是伴隨著煤炭工業發展而逐步發展起來的，80 年代初，從波蘭、法國、德國、英國和美國等引進了一批安全監控系統(如CMC-1、CTT63/40、TF200、MINOS 和DAN6400)，推動了我國礦井安全監控技術的發展進程，通過消化、吸收并結合我國煤礦的實際情況，先后研制出了KJ4、KJ10、KJ66、KJ70、KJ95、KJF2000、MSNM、WEBGIS 等監控系統[3~5]。實踐表明，煤礦安全監控系統是煤炭高產、高效、安全生產的重要保證。
目前，我國煤礦監控系統信息傳輸中廣泛應用的是串行通信總線，主要有RS-232、RS-485 或其FSK調制解調傳輸方式等[6]?，F有監控系統尚存在許多缺點和不足，主要表現在：
1）現有系統的通信協議均自我定義、互不兼容，從而造成不同廠家的設備無法接入，無法共享傳輸通道。
2）現有系統均為主從式傳輸，無法構成多主冗余系統，其可靠性受地面主站設備及主干電纜影響很大，主節點任務繁忙或出現故障可能引起系統癱瘓。
3）無法構成多主結構，不能滿足監控分站之間相互通信的要求。
4）可靠性和實時性均無法滿足實時測控功能的要求。
在現場總線領域，CAN總線以其卓越的性能而在工業控制領域得到了廣泛的應用，CAN總線是最早被ISO制定為國際標準的現場總線，克服了串行總線的缺點，以其諸多的優點較好地滿足煤礦監控系統的要求。相比于串行通信系統，具有較好的差錯控制能力，可靠性高，高速率長距離的傳輸特性，完善的規范和協議等優點。
本文研究了基于CAN總線的煤礦安全監控系統，對礦井安全環境參數、通風機運行狀態參數、變電所電量參數、礦井機電設備運行參數等進行實時監控，為各級生產指揮與調度部門提供環境安全參數動態信息，通過對被測參數的比較和分析，為預防災害事故提供技術數據，便于提前采取防范措施，通過對被測參數實施實時有效的控制，及時實現自動報警、斷電和閉鎖，便于制止事故的發生或擴大，在發生事故的情況下，能根據巷道安全參數及時優化最佳避災和救災路線，為搶救和疏散人員、器材，提供決策信息。
具有重大的經濟效益和現實意義。