CAN通信協(xié)議在礦井安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)中的應用
通信協(xié)議是在網(wǎng)絡中用于規(guī)定信息的格式以及信息如何發(fā)送和接收的一套規(guī)則。處于網(wǎng)絡中的節(jié)點必須遵循雙方約定的規(guī)則才能保證數(shù)據(jù)的正確接收和發(fā)送。目前我們自行研制的KJ93礦井安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)采用的就是RS-485通信協(xié)議,其網(wǎng)絡結(jié)構如圖1所示。
礦井安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)是對煤礦井下的瓦斯、通風、排水等狀況和各種機電設備工作狀態(tài)進行監(jiān)測和控制,并用計算機分析處理所取得數(shù)據(jù)的一種系統(tǒng)。其特點可以概括為:監(jiān)測傳輸數(shù)據(jù)種類多,測點數(shù)量大,測點分布廣,使用環(huán)境異常惡劣。因此,礦用產(chǎn)品在選擇各系統(tǒng)之間或系統(tǒng)內(nèi)設備之間的總線協(xié)議所遵循的原則是高可靠、高速、高實時性。
1.CAN通信協(xié)議應用于礦井安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的可行性
CAN總線是一種對等式的層間現(xiàn)場總線網(wǎng),協(xié)議比RS-485協(xié)議更簡單,實時性更好,它的信息幀短,不會因為長時間發(fā)送而影響其他節(jié)點訪問總線。由于采用優(yōu)先級仲裁技術,當發(fā)生總線訪問沖突時優(yōu)先級高的信息仍可繼續(xù)發(fā)送,因此它更適用于礦井中對數(shù)據(jù)傳輸和實時控制要求較高的系統(tǒng)。
CAN總線通信協(xié)議和接口簡單,傳輸速率高,具有多種錯誤檢測手段,抗干擾性強,可滿足礦井安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)對高可靠性的要求。
CAN協(xié)議最大的特點是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼,代之以對通信數(shù)據(jù)塊進行編碼。采用這種方法的優(yōu)點是使網(wǎng)絡內(nèi)的節(jié)點個數(shù)在理論上不受限制。這種按數(shù)據(jù)塊編碼的方式,可以很容易地實現(xiàn)點對點通信。數(shù)據(jù)段長度最多為8個字節(jié),可滿足控制命令、工作狀態(tài)及測試數(shù)據(jù)的一般要求。
由于CAN總線通信速率高,可靠性高,連接方便等諸多特點,有力地推動了應用開發(fā)的發(fā)展,反過來又促使器件生產(chǎn)廠商不斷推出新的CAN總線產(chǎn)品。目前各大半導體廠商競相推出CAN總線芯片,如Philips公司推出的82C200、SJA1000CAN通信控制器和82C250CAN總線收發(fā)器,INTEL公司推出的82526和82527CAN通信控制器,MOTOROLA公司推出的68HC05X4和68HC05X16。高性能的CAN總線產(chǎn)品及技術資料可獲取性、技術支持的可能性,也使得CAN總線能夠應用于礦用產(chǎn)品。
此外,CAN通信協(xié)議也是一種完全滿足《煤炭監(jiān)控系統(tǒng)總體設計規(guī)范》要求的總線協(xié)議。
2.礦井安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的整體構成
如圖2所示即為采用CAN通信協(xié)議的礦井安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構。CAN-bus與RS-485在電氣特性、網(wǎng)絡拓撲、傳播媒體等有許多相似的地方,目前,基于CAN與RS-485的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構一般都采用終端匹配的總線型結(jié)構,而且也都沒有規(guī)定總線電纜的機械和材料參數(shù)。因此用CAN-bus網(wǎng)絡替換RS-485網(wǎng)絡是非常方便節(jié)省成本的,原有的網(wǎng)絡布局不需要作任何的改動,只需要用CAN節(jié)點來替換RS-485節(jié)點即可。此系統(tǒng)與KJ93礦井安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的最主要的差別就是把原有系統(tǒng)中的KJJ26信息傳輸接口、監(jiān)控系統(tǒng)軟件和KJF20型工作站分別更換為CAN接口適配器、適用于CAN通信協(xié)議的監(jiān)控系統(tǒng)軟件和基于CAN的工作站。此外,監(jiān)控主機還可以與服務器相連,接入局域網(wǎng)和Internet,從而實現(xiàn)遠程瀏覽與控制。
在礦井安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)中,雖然RS-485通信協(xié)議得到廣泛應用,但是隨著科學技術的發(fā)展,RS-485通信協(xié)議的不足與缺陷日益突出,而CAN通信協(xié)議以其獨特的設計思想、優(yōu)良的性能和極高的可靠性,越來越受到人們的重視,CAN國際標準的制定,更加推動了它的發(fā)展與應用。在礦井安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)中使用CAN通信協(xié)議提高了系統(tǒng)內(nèi)部的通信速率,使得系統(tǒng)的實時性得到加強,降低了誤碼傳送率,更好地保證了系統(tǒng)的安全性。