CAN总线在安全监控系统传输中的应用

CAN总线在安全监控系统传输中的应用总线在安全监控系统传输中的应用

随着计算机网络的普及应用，人们从过去主要是对计算机监控系统监控功能的关注，转移到对其数据传输功...

1 引言

随着计算机网络的普及应用，人们从过去主要是对计算机监控系统监控功能的关注，转移到对其数据传输功能的关注。人们越来越重视数据的传输，人们希望通过互联

网能在世界的任何角落及时观察到工业生产现场的各种状态数据。目前主要是基于Profibus总线的数据传输技术，虽然这种常规的传输技术具有相对结构简单、易于实

现等优点，但是它有如下一些缺点不很适于作井下安全监控系统的传输总线。第一，它是主从结构，不能实现多主传输；第二，它的从节点都是固定地址，而且只能静

态设置；第三，它的节点的加入不能随意动态进行；第四，它能够连接的节点数量末段最多32个，加中继的情况下也最多只能有三段，对于一些大矿，应用受到限制。

相比之下，

CAN总线采用总线式拓扑结构（见图1）。各节点可以像以太网节点那样直接挂接在一条主干线上。CAN采用两芯线缆，有极性连接。CAN总线网络也可以通过一个三

通节点构成层次结构，呈现树型拓扑。对于采用电缆介质的CAN总线网络，总线末端要设有匹配阻抗，防止反射产生驻波。

CAN协议分为二层：物理层和数据链路层。物理层决定了实际位传送过程中的电气特性，在同一网络中，所有节点的物理层必须保持一致，但可以采用不同方式的物理

层。CAN的数据链路层功能包括帧组织形式，总线仲裁和检错、错误报告及处理，确认哪个信息要发送的，确认接收到的信息及为应用层提供了接口。

CAN总线与其他总线相比有如下特点：

（1）、它是一种多主总线，即每个节点机均可成为主机，且节点机之间也可进行通信；

（2）、通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维，通信速率可达1Mbps；

（3）、CAN总线通信接口中集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处理，包括位填充、数据块编码、循环冗余校验、优先级判别等项

工作；

（4）、CAN协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码，而代之以对通信数据块进行编码。采用这种方法的优点可使网络内的节点个数在理论上不受限制，数据

系统可有效地满足工业过程的自动控制需要。

3 CAN总线技术在煤矿安全监控系统中的应用

3.1 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

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。

3.2.1 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。