CN100495271C - 一种由单线can总线构成的支架控制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种由单线CAN总线构成的支架控制器，是一种CAN总线支持的液压支架之间及总控之间进行通讯的电子装置。本发明包括一个单片机模块，单片机模块与一个RS232收发器连接，RS232收发器连接一个RS232接口，单片机与一个AD转换模块连接，AD转换模块连接3路模拟量输入接口，单片机模块与电磁阀驱动模块连接，电磁阀驱动模块连接16路电磁阀输出接口，单片机模块与四个由单线CAN收发器和CAN控制器构成的CAN通讯电路连接，单线CAN收发器采用地线做回路。本发明使用单条线路实现支架控制器的通讯回路，使用4芯电缆实现两个独立的通讯回路，实现支架的邻架控制、成组控制、广播和远程监控主机的数据传输。

Description

一种由单线CAN总线构成的支架控制器

技术领域

本发明涉及一种由单线CAN总线构成的支架控制器，是一种电子装置，是一种用于煤矿井下综采工作面的液压支架控制装置，是一种CAN(控制器局域网，Controller Area Network)总线支持的液压支架之间及总控之间进行联络、通讯的电子装置。

背景技术

液压支架是煤矿井下综采工作面上使用的重要设备，每个采煤工作面上有数十个液压支架在同时工作。每个液压支架都有独立的液压系统，包括液压缸和液压控制系统，在实际工作中基本上没有单个液压支架独立工作的情况，都是许多液压支架共同工作，才能起到支撑工作面的效果，早期的液压支架都是独立的，采用简单的机械液压调整方法，使用起来十分麻烦，必须一个一个的分别调整，工作人员必须在各个液压支架的液压控制器之间来回穿梭，才能达到调整的目的。现代的液压支架多使用电子装置进行控制，这是一种机电液一体化的运行方式，液压支架之间可以互相通信并联动，简化了调整过程。

在液压支架控制器的通讯方面，存在着许多不同的通讯方法。采煤行业是一个比较特殊的行业，由于采煤井下情况恶劣，对井下使用的设备有许多特殊的要求，各个液压支架制造公司为符合这些特殊的要求，开发、使用各种不同的通讯协议和通讯标准。这些通讯协议和通讯标准的共同缺点是没有形成标准，都是单独开发的，使用范围窄，开发成本高，只能在特定的场合使用，适应性较差，对使用的零件和组件要求较高，使用费用也比较高。

发明内容

为克服现有技术的问题，本发明提出一种由单线CAN总线构成的支架控制器，在支架控制器通讯中使用标准、成熟的CAN总线技术。为符合井下通讯电缆的4芯传输电缆标准，本发明使用由地线构成回路的单总线CAN总线收发器、控制器芯片，它为CAN总线控制器之间的数据传输提供一单线的物理接口。将该项技术应用于煤矿综采工作面支架电液控制系统，可以成功的解决支架控制器的通讯问题，使用4条线——12V电源供电，接地线，CAN点对面的通讯CANBUS，CAN点对点的通讯CANBIDI，实现了2条独立的通讯回路。

本发明的目的是这样实现的：一种由单线CAN总线构成的支架控制器，包括一个作为中央处理器的单片机模块，所述的单片机模块与一个RS232收发器连接，所述的RS232收发器连接一个RS232接口，所述的单片机与一个AD转换模块连接，所述的AD转换模块连接3路模拟量输入接口，所述的单片机模块与电磁阀驱动模块连接，所述的电磁阀驱动模块连接16路电磁阀输出接口，所述的单片机模块与四个由单线CAN收发器和CAN控制器构成的CAN通讯电路连接，所述的单线CAN收发器采用地线做回路。

本发明产生的有益效果是：使用单条线路可以实现支架控制器的通讯回路，可以使用4芯电缆实现两个独立的通讯回路，通讯电路要支持支架控制器之间的数据通讯，实现邻架间点对点的通讯，成组支架控制器通讯、远程支架的通讯和广播等多种通讯方式，实现支架的邻架控制、成组控制、广播和远程监控主机的数据传输。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是支架控制器在支架控制系统中的位置示意图；

图2是实施例一的原理示意图；

图3是实施例三中CAN通讯电路的连接通讯电缆的4芯插座示意图；

图4是实施例三中控制器和人机界面的连接通讯电缆的4芯插座示意图。

具体实施方式

实施例一：

本发明要解决的是使用一种标准的通讯协议解决现有的液压支架之间的通讯问题，本发明选用了CAN总线。CAN总线是一种用于实时应用的串行通讯协议总线，它可以使用双绞线来传输信号。CAN协议是德国的Robert Bosch公司开发，原是用于汽车中各种不同电子元件之间的通讯，以此取代昂贵而笨重的配电线束。该协议的健壮性是其用途延伸到其他自动化和工业应用。CAN总线属于现场总线之一，是一种多主方式的串行通讯总线，具有高的位速率、高抗电磁干扰性能，够检测出产生的任何错误，是一种性能优良的通信协议，广泛的应用于各工业行业。

在液压支架控制器上需要有两方面的通讯，一个是各个液压支架之间的通讯，一个是与远程监控主机之间的通讯，两方面的通讯不能互相干扰。然而，井下通讯电缆的4芯传输电缆已经成为标准，必须使用4芯电缆实现两个独立的通讯回路，因此不能简单地将通用的双绞线CAN总线移植到支架的控制器通讯中。

一个完整的支架电液控制系统包括控制器盒、人机界面盒、传感器和电磁阀等部件，如图1所示。人机界面盒上主要是汉字显示屏和键盘以及控制启动或急停的按钮，由工作人员手工操作。传感器主要作用是将支架的各种状态信息告知控制器，以便控制器进行控制。电磁阀是控制的主要执行器件。操作人员通过操作支架人机界面盒上的各种按键，发出各种操作指令，并通过电缆发送到本架的支架控制器上，支架控制器根据接收命令分类处理，判别是否是本架执行命令，如果是本架执行命令，则进行相应的操作，否则通过电缆，将控制命令传送到相邻的支架进行处理，支架控制器具有单架单动作控制功能；具有单架自动移架程序控制功能；具有成组护帮板伸缩动作控制功能；具有成组自动移架控制和成组推溜控制功能；具有急停、闭锁和停止等安全操作功能；能够实现参数修改功能，并具有掉电保护功能；具有系统检测功能和能耗检测等功能。

本实施例所述的支架控制器如图2所示，包括一个作为中央处理器的单片机模块，使用的是带有嵌入式操作系统的Rabbit3000的核心模块，操作系统是功能极为强大的μC/OS-II。μC/OS-II是一种实时多任务操作系统，支架控制器两路通讯电路可以通过软件设置成多种通讯方式，并且可以互换，在使用中可以设置成软硬件冗余的通讯系统，提高了系统的可靠性。单片机模块与一个RS232收发器连接，RS232收发器连接一个RS232接口。这个RS232接口的作用是多种多样的，可以用于和其他设备连接，可以作为调试进口，可以作为紧急通信接口等等。单片机与一个AD转换模块连接，AD转换模块连接3路模拟量输入接口。这个AD转换模块是将支架的行程传感器、压力传感器传来的模拟信号转换为数字信号供中央处理器使用。单片机模块与电磁阀驱动模块连接，电磁阀驱动模块连接16路电磁阀输出接口。16路电磁阀输出接口连接的是支架的16个电磁先导阀，是本控制器的主要控制对象。

单片机模块与四个由单线CAN收发器和CAN控制器构成的CAN通讯电路连接，组成四条CAN通讯线路。也可以用两个以上的单线CAN收发器和CAN控制器构成两个以上的CAN通讯线路。CAN通讯线路的多少取决于单片机模块的性能。

本实施例采用单线CAN收发器，用地线做回路，使用单条线路实现支架控制器的CAN通讯。普通的CAN总线采用差分方式，使用两条线实现CAN总线数据通讯。本实施例的支架CAN通讯电路具有CAN的基本通讯功能，以标准帧实现邻架支架控制器间、支架控制器和人机界面之间的数据传输，以扩展帧实现远程支架控制器之间数据传输、以广播方式实现全工作面数据传输，以成组方式实现电源组数据传输。按照电液控制系统的要求，支架控制器可以实现单架单动作控制器，单架自动移架控制，成组自动移架控制，成组推溜控制，成组护帮板伸缩控制，急停、闭锁和停止操作，实现参数修改、自动编号和系统检测等功能。

实施例二：

本实施例为实施例一中四个CAN通讯电路的优选使用方案，其中二个与左右支架控制器连接的点对点CANBIDI通讯电路、一个与人机界面盒连接的点对点CAN通讯电路、一个与远程监控主机总线连接的具有广播功能的点对面CANBUS通讯电路。

支架控制器之间采用两个完全相同的单线CAN总线通讯电路实现控制器之间的数据通讯，支架控制器和人机界面之间采用两个完全相同的单线CAN总线通讯电路进行人机界面与支架控制器之间进行数据交换，人机界面给控制器发送各种操作指令，控制器给人机界面发送各种显示控制命令。

支架控制器可以与电液控制系统监控主机进行通讯，采用远程点对点操作，将监控主机作为一个特殊的节点进行处理，监控主机也可采用成组操作或广播等方式对工作面的支架控制器进行操作，实现各种操作功能。

实施例三：

本实施例为实施例一或二的优选方案，CAN通讯电路的连接电缆及其插头插座为4芯通讯电缆及其插头插座。其中与左右支架控制器连接的4芯通讯电缆及其插头插座中一路为CANBIDI线缆1，一路为CANBUS线缆2，一路为12V电源线缆3，一路为地线线缆4，插座的示意图如图3所示。与人机界面连接的点对点CAN通讯电路所连接的4芯通讯电缆及其插头插座中包括：一路单线CAN线缆5，一路12V电源线缆6，一路为地线线缆7，一路为电源控制线缆8，插座的示意图如图4所示。

普通的CAN总线采用差分方式，使用两条线实现CAN总线数据通讯。要使用矿山标准的4芯电缆实现两路单独的CAN总线通讯，就要采用一条单线实现一路CAN数据通讯。本实施例是共用了地线做回路，解决了支架控制器采用4芯电缆实现支架控制器之间和支架控制器和主机之间等多种通讯方式。实现电液控制系统使用点对面BUS和点对点BIDI两个独立的、两种不同的通讯方式，解决电液控制系统的信息传输问题。在电液控制系统中，在进行邻架操作时以CANBIDI通讯方式为主，在进行系统安全操作、参数修改和与监控主机通讯时，以CANBUS方式为主，保证系统了的正常运行，使两种方式操作互不干扰，实现系统运行和主机监控等功能。

本实施例的思路是，使用标准的4芯电缆实现工作面支架控制器的双通讯回路，构成支架电液控制系统的通讯网络系统，提高电液控制系统的可靠性。即通讯回路采用单线CAN收发器和CAN控制器，共用地线做回路，使用两条CAN总线和两条电源线实现的。使用单条线路可以实现支架控制器之间的数据通讯，利用CAN总线通讯协议，可以赋以不同的通讯方式，包括节点、成组、广播和远程节点等多种方式，可以满足工作面电液控制系统的要求。另外，还可以把工作面顺槽监控主机或简称为监控主机作为一个特殊的节点，利用远程点对点工作方式，可以实现工作面任意一架支架控制器可以与工作面顺槽监控主机进行数据通讯。

由单线CAN总线构成的支架控制器的通讯电路，如图2所示，包括一个由单线CAN收发器和CAN控制器构成的CAN通讯电路，采用地线做回路使用单条线路实现支架控制器的CAN通讯电路。支架控制器之间通过一个由两个独立的单线CAN总线和两个电源线(图中带有☆)组成的4芯电缆通讯电缆互连，实现支架控制器之间的通讯，构成了支架电液控制系统的通讯网络系统。

支架控制器与本架人机界面之间通过一个独立的单线CAN总线和两个电源线及电源控制线组成的4芯电缆通讯电缆互连，插座示意图见图4所示，实现支架控制器与人机界面之间的通讯，构成了基本的支架控制单元。支架控制器两路通讯电路可以通过软件设置成多种通讯方式，并且可以互换，在使用中可以设置成软硬件冗余的通讯系统，提高了系统的可靠性。支架CAN通讯电路具有CAN的基本通讯功能，以标准帧实现邻架支架控制器间、支架控制器和人机界面之间的数据传输，以扩展帧实现远程支架控制器之间数据传输、实现全工作面以广播方式实现数据传输，实现电源组成组数据传输。按照电液控制系统的要求，支架控制器可以实现单架单动作控制器，单架自动移架控制，成组自动移架控制，成组推溜控制，成组护帮板伸缩控制，急停、闭锁和停止操作，实现参数修改、自动编号和系统检测等功能。

Claims (3)

1.一种由单线CAN总线构成的支架控制器，包括一个作为中央处理器的单片机模块，所述的单片机模块与一个RS232收发器连接，所述的RS232收发器连接一个RS232接口，所述的单片机与一个AD转换模块连接，所述的AD转换模块连接3路模拟量输入接口，所述的单片机模块与电磁阀驱动模块连接，所述的电磁阀驱动模块连接16路电磁阀输出接口，其特征在于，所述的单片机模块与四个由单线CAN收发器和CAN控制器构成的CAN通讯电路连接，所述的单线CAN收发器采用地线做回路。

2.根据权利要求1所述的一种由单线CAN总线构成的支架控制器，其特征在于，所述的四个CAN通讯电路，包括二个与左右支架控制器连接的点对点CANBIDI通讯电路、一个与人机界面盒连接的点对点CAN通讯电路、一个与全部支架控制器连接，并能与远程监控主机总线连接的具有广播功能的点对面CANBUS通讯电路。

3.根据权利要求1或2所述的一种由单线CAN总线构成的支架控制器，其特征在于，所述的CAN通讯电路的连接电缆及其插头插座为4芯通讯电缆及其插头插座，所述的与左右支架控制器连接的4芯通讯电缆及其插头插座中一路为CANBIDI线缆，一路为CANBUS线缆，一路为12V电源线缆，一路为地线线缆；所述的与人机界面盒连接的点对点CAN通讯电路所连接的4芯通讯电缆及其插头插座中包括：一路单线CAN线缆，一路12V电源线缆，一路为地线线缆，一路为电源控制线缆。

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