基于CAN总线的煤矿安全分布式监控系统

本文针对煤矿监测系统存在网络瓶颈、采集终端不兼容的不足，研究了基于CAN 总线的煤矿安全分布式监控系统，根据矿井的特点设计了通用智能环境监控终端和机电设备运行状态监控终端，并通过CAN 总线实现多节点高速、高可靠性的网络互联，对煤矿环境安全参数和设备运行状态进行实时监控，各监控终端可根据优先级别自主通讯，主机对全局参数进行信息融合、综合分析与诊断及预警连锁及辅助决策。
关键词：煤矿；安全；监控系统；CAN
随着社会的发展，能源需求快速增长，我国煤炭资源丰富，油气资源相对贫乏，煤炭需求进入高增长期。而我国地质条件恶劣，47％的矿井属于高瓦斯或瓦斯突出矿井，煤矿事故频发，近几年，随着国家对煤矿企业安全生产要求的不断提高和企业自身发展的需要，我国煤矿企业开始重视基础设施建设，加大安全投入，煤矿安全监控系统得到了普遍应用，大大提高了矿井安全生产水平和安全生产管理效率[1，2]。
我国煤矿安全监控技术是伴随着煤炭工业发展而逐步发展起来的，80 年代初，从波兰、法国、德国、英国和美国等引进了一批安全监控系统(如CMC-1、CTT63/40、TF200、MINOS 和DAN6400)，推动了我国矿井安全监控技术的发展进程，通过消化、吸收并结合我国煤矿的实际情况，先后研制出了KJ4、KJ10、KJ66、KJ70、KJ95、KJF2000、MSNM、WEBGIS 等监控系统[3~5]。实践表明，煤矿安全监控系统是煤炭高产、高效、安全生产的重要保证。
目前，我国煤矿监控系统信息传输中广泛应用的是串行通信总线，主要有RS-232、RS-485 或其FSK调制解调传输方式等[6]。现有监控系统尚存在许多缺点和不足，主要表现在：
1）现有系统的通信协议均自我定义、互不兼容，从而造成不同厂家的设备无法接入，无法共享传输通道。
2）现有系统均为主从式传输，无法构成多主冗余系统，其可靠性受地面主站设备及主干电缆影响很大，主节点任务繁忙或出现故障可能引起系统瘫痪。
3）无法构成多主结构，不能满足监控分站之间相互通信的要求。
4）可靠性和实时性均无法满足实时测控功能的要求。
在现场总线领域，CAN总线以其卓越的性能而在工业控制领域得到了广泛的应用，CAN总线是最早被ISO制定为国际标准的现场总线，克服了串行总线的缺点，以其诸多的优点较好地满足煤矿监控系统的要求。相比于串行通信系统，具有较好的差错控制能力，可靠性高，高速率长距离的传输特性，完善的规范和协议等优点。
本文研究了基于CAN总线的煤矿安全监控系统，对矿井安全环境参数、通风机运行状态参数、变电所电量参数、矿井机电设备运行参数等进行实时监控，为各级生产指挥与调度部门提供环境安全参数动态信息，通过对被测参数的比较和分析，为预防灾害事故提供技术数据，便于提前采取防范措施，通过对被测参数实施实时有效的控制，及时实现自动报警、断电和闭锁，便于制止事故的发生或扩大，在发生事故的情况下，能根据巷道安全参数及时优化最佳避灾和救灾路线，为抢救和疏散人员、器材，提供决策信息。
具有重大的经济效益和现实意义。