1引言

　　煤礦井下風(fēng)機(jī)是對(duì)礦井送風(fēng)的重要設(shè)備，風(fēng)機(jī)工作的狀態(tài),，關(guān)系到對(duì)礦井送風(fēng)的質(zhì)量,。目前國內(nèi)大部分礦井采用的風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)還是模擬儀表，工作人員要在現(xiàn)場(chǎng)抄表,，在風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)需要手工切換工作設(shè)備,，并人工上報(bào)故障信息，風(fēng)機(jī)運(yùn)行的可靠性和實(shí)時(shí)性都無法滿足需要,。

　　為保證煤礦井下安全生產(chǎn),，需對(duì)風(fēng)機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的風(fēng)壓,、瓦斯氣體含量,、溫度等實(shí)際情況，有效地控制風(fēng)機(jī)的送風(fēng)量,，既要滿足對(duì)現(xiàn)場(chǎng)空氣的要求,，為煤礦的安全生產(chǎn)提供可靠保證，也要避免過量送風(fēng),，降低能源消耗[1],。

　　2風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)特點(diǎn)

　　風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)是采用DSP作為核心控制器，用CAN總線通信,。DSP控制器將高性能的DSP內(nèi)核和豐富的微控制器外設(shè)功能集于單片中,，在數(shù)據(jù)處理和自動(dòng)控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用；控制器局域網(wǎng)CAN（ControllerAreaNetwork）能有效地支持分布式控制和實(shí)時(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò),，應(yīng)用范圍遍及從高速網(wǎng)絡(luò)到低成本的多線路網(wǎng)路,，尤其適合于控制設(shè)備和監(jiān)控設(shè)備之間的互連。CAN總線在主從工作方式下總線上最多可掛接110個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備,；通信速率最高達(dá)1Mbps,；傳輸距離最遠(yuǎn)達(dá)10km。相比其他通信方式具有遠(yuǎn)距離通信,、高可靠性,、擴(kuò)展性好的優(yōu)點(diǎn)[2]。

　　3風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的功能

　　3.1參數(shù)采集

　?。?）電參數(shù),。電參數(shù)包括電壓、電流,、有功功率和功率因數(shù)等,。監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)這些參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)電信號(hào)的質(zhì)量,，并掌握風(fēng)機(jī)所消耗的電能。

　?。?）溫度,。系統(tǒng)需要監(jiān)測(cè)電機(jī)定子溫度和電機(jī)主軸的溫度，取每個(gè)主軸的前端和后端作為
溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn),，同時(shí)還要監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)房室內(nèi)和室外溫度,。
（3）瓦斯?jié)舛取ｏL(fēng)機(jī)風(fēng)筒內(nèi)井口的瓦斯?jié)舛?，反映了井下抽出氣體的瓦斯?jié)舛?，若濃度超?biāo)，必須及時(shí)增大通風(fēng)量,，稀釋瓦斯,。

　　（4）風(fēng)量與風(fēng)壓,。風(fēng)壓與風(fēng)量是風(fēng)機(jī)重要參數(shù),，反映風(fēng)機(jī)的通風(fēng)能力，流量由壓差計(jì)算出,。

　　3.2風(fēng)機(jī)綜合保護(hù)

　　礦用風(fēng)機(jī)一般采用冗余結(jié)構(gòu),，風(fēng)機(jī)系統(tǒng)由一主一備兩套風(fēng)機(jī)構(gòu)成，且每臺(tái)風(fēng)機(jī)配兩臺(tái)電動(dòng)機(jī),，通過一個(gè)電源切換裝置,，還可進(jìn)行主備電源的切換。風(fēng)機(jī)和電源的冗余結(jié)構(gòu),，能夠大大提高風(fēng)機(jī)裝置的可靠性[3],。由于一套風(fēng)機(jī)系統(tǒng)由4臺(tái)電機(jī)控制，應(yīng)同時(shí)監(jiān)測(cè)4臺(tái)電機(jī)是有否缺相,、短路,、過載及漏電故障，實(shí)現(xiàn)電機(jī)綜合保護(hù),。

　　3.3風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)

　　控制風(fēng)機(jī)的風(fēng)速等級(jí)由4臺(tái)電機(jī)高,、低速運(yùn)行的不同組合控制，不同的瓦斯?jié)舛葐?dòng)不同的風(fēng)速等級(jí)[4],，當(dāng)風(fēng)量和風(fēng)壓不滿足要求時(shí)，增大通風(fēng)量,；當(dāng)有故障或倒機(jī)時(shí),，啟動(dòng)備用風(fēng)機(jī)。在溫度,、瓦斯超限時(shí)報(bào)警并啟動(dòng)備用風(fēng)機(jī),，在保證通風(fēng)的情況下,，保障風(fēng)機(jī)設(shè)備安全。當(dāng)風(fēng)量達(dá)最大時(shí),，瓦斯?jié)舛热猿瑯?biāo),，此時(shí)實(shí)現(xiàn)瓦斯和風(fēng)電閉鎖，風(fēng)機(jī)停止工作,，同時(shí)切斷所有電源,，防止有電火花使瓦斯爆炸，發(fā)生危險(xiǎn),。

　　4風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　4.1風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

　　系統(tǒng)以TI公司的DSP芯片TMS320F2407為系統(tǒng)核心,，外圍電路有數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)電路,；通信電路,；電機(jī)檢測(cè)電路；風(fēng)機(jī)控制電路,；顯示電路等,。風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)見圖1。所有的開關(guān)量參數(shù)經(jīng)光電隔離電路后直接送入DSP的數(shù)據(jù)總線,，而傳感器檢測(cè)到各種模擬信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送入DSP的數(shù)據(jù)總線,，參數(shù)在LCD上顯示，并能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制,。

　　4.2CAN總線通信

　　系統(tǒng)對(duì)采集到的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算,、處理后，控制風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài),，并通過CAN總線發(fā)送給地面監(jiān)控室,，同時(shí)可接收地面監(jiān)控室的控制指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制,。作為CAN總線一個(gè)分布于現(xiàn)場(chǎng)的通信節(jié)點(diǎn),，每個(gè)風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)都有自己的CAN總線接口，采用總線掛接式結(jié)構(gòu),，與地面主機(jī)之間完成信息交換[5],。圖2為CAN總線通信結(jié)構(gòu)框圖。

　　由于TMS320LF2407內(nèi)嵌的CAN總線控制器和CAN總線收發(fā)器PCA82C250可以方便實(shí)現(xiàn)與CAN總線接口,。82C250是CAN控制器與CAN總線的接口器件,，對(duì)信號(hào)進(jìn)行差分式的發(fā)送和接收。CAN總線收發(fā)電路見圖4,。CANH和CANL是CAN總線的兩條差分接收/發(fā)送復(fù)用線路,，它們的端點(diǎn)各接一個(gè)120?的總線匹配電阻；采用高速光電隔離器6N137，實(shí)現(xiàn)總線上各CAN節(jié)點(diǎn)之間的電氣隔離,；由于煤礦電磁干擾嚴(yán)重,，環(huán)境惡劣，傳輸線采用屏蔽雙絞線,，以減少電磁干擾,。

　　5系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

 　　5.1主程序軟件設(shè)計(jì)

　　風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)要完成監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集、存儲(chǔ),、電機(jī)檢測(cè),、風(fēng)機(jī)控制、數(shù)據(jù)上傳等工作,。主程序則完成系統(tǒng)的初始化和各模塊的調(diào)用,，流程如圖4所示。在監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集模塊中,，系統(tǒng)循環(huán)檢測(cè)電壓,、溫度、風(fēng)壓,、瓦斯?jié)舛?、電機(jī)的運(yùn)行狀況等參數(shù)，在風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊中,，系統(tǒng)對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行配置并控制其運(yùn)行狀態(tài),；在通信模塊中，通過CAN總線將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)上傳到主機(jī),。由于煤礦井下環(huán)境惡劣,，干擾很大，所以在硬件設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)加入硬件抗干擾措施及軟件抗干擾措施,，如軟件陷阱,、指令冗余、軟件“看門狗”等,。

　　5.2CAN總線通信軟件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)采用了主從式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),。主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求命令幀，相應(yīng)的風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)發(fā)出返回幀,，返回?cái)?shù)據(jù)信息,。數(shù)據(jù)和命令的具體格式就相當(dāng)于網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議。本系統(tǒng)中由于所有總線節(jié)點(diǎn)都為自行設(shè)計(jì),，所以以CAN2.0A幀結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),，自定義了簡(jiǎn)單的CAN總線應(yīng)用層協(xié)議。通信時(shí),，主機(jī)向通信節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息幀,，節(jié)點(diǎn)接收到信息幀后,，通過判別標(biāo)識(shí)符來區(qū)別信息幀的類別后,，再將主機(jī)所需要的數(shù)據(jù)發(fā)送出去,，主機(jī)同樣也是通過標(biāo)識(shí)符來識(shí)別數(shù)據(jù)類型。

　　節(jié)點(diǎn)通信軟件分三個(gè)部分：CAN初始化,、數(shù)據(jù)發(fā)送,、數(shù)據(jù)接收。CAN通信協(xié)議的實(shí)現(xiàn),，包括各種幀的組織和發(fā)送,，都由集成在DSP上的CAN總線控制器實(shí)現(xiàn)的。首先,，應(yīng)對(duì)CAN控制器寫入控制字,，進(jìn)行初始化，即對(duì)工作方式,、接收濾波寄存器,、接收屏蔽寄存器、接收代碼寄存器,、波特率參數(shù)等的設(shè)置,，然后DSP即可通過CAN總線控制器接收/發(fā)送緩存區(qū)向物理總線接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。發(fā)送數(shù)據(jù)的過程是：DSP將待發(fā)送的數(shù)據(jù)按CAN格式組成一幀報(bào)文,，寫入CAN總線控制器的發(fā)送緩沖區(qū),，然后把數(shù)據(jù)發(fā)送到總線上去；接收?qǐng)?bào)文的過程是：CAN總線控制器從總線上自動(dòng)接收?qǐng)?bào)文,，并經(jīng)過過濾后存入接收緩沖區(qū),，并向DSP發(fā)出中斷請(qǐng)求，DSP從緩沖區(qū)讀取報(bào)文,。

　　6結(jié)束語

　　設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)在于針對(duì)當(dāng)前煤礦生產(chǎn)實(shí)際,，開發(fā)了基于CAN總線的煤礦風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，采用DSP芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和自動(dòng)控制,，采用CAN總線實(shí)現(xiàn)分布式數(shù)據(jù)采集與控制,，可以將DSP的高速性和CAN總線通信的可靠性、實(shí)時(shí)性有效結(jié)合起來,。系統(tǒng)能夠采集煤礦井下多種環(huán)境參數(shù),，記錄風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀況，并控制風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的,，有效保障煤礦安全生產(chǎn),。