CN201541258U - 一种用于液压支架压力检测系统的can隔离中继器 - Google Patents

Abstract

用于液压支架压力检测系统的CAN隔离中继器主要包括三大部分：第一部分是CAN驱动器，第二部分是光电耦合器，第三部分信号调理电路；其中：左侧两个外接端子分别接CAN1总线驱动器(1)的CANH1与CANL1引脚，CAN1总线驱动器(1)的输出端接第一信号处理电路(2)，第一信号处理电路(2)的输出端接第一光电隔离电路(3)，第一光电隔离电路(3)的输出端接CAN2总线驱动器(4)；右侧两个外接端子分别接CAN2总线驱动器(4)的CANH2与CANL2引脚，CAN2总线驱动器(4)的输出端接第二信号处理电路(5)，第二信号处理电路(5)的输出端接第二光电隔离电路(6)，第二光电隔离电路(6)的输出端接CAN1总线驱动器(1)。

Description

一种用于液压支架压力检测系统的CAN隔离中继器

技术领域

本实用新型涉及一种供井下使用的CAN隔离中继器，适用于井下支架压力检测系统通信领域。

背景技术

在综采面中，液压支架的数量多达到200架甚至更多，每一个支架需要配置一个支架压力检测器，即一个通讯节点，因此支架压力监测系统的网络节点数也要达到200以上。监测系统的安全可靠运行是以一个安全可靠的通讯网络为前提的。在目前国内开发的适用于井下通讯的现场工业总线采用比较多的是CAN总线，而CAN总线带节点的数量受到限制，如CAN网络最多只能有110个网络节点，如果不加中继器达不到要求。

此外，对于煤矿井下所使用的全部电器都有防爆或本安要求。这一特殊要求，使得供电电源的功率受到限制，通常一个电源只能带几个压力检测器，这样就需要有大量的独立电源为压力检测器供电，为避免电源并联电流不均衡所带来的本安失效的问题，需要用很多隔离器。一个综采面常需要配置几十个隔离器，而每个隔离器在进行数据传递过程中有延时，为了保证信号快速传递，每一个隔离器的传输延时要非常小。由于电源容量的限制，隔离器的功耗也必须很低，降低电源的负载。

由于隔离中继器用于井下这一恶劣环境，以及综采面支架压力监测系统这一特殊场合，现有的普通隔离耦合器或中继器产品存在很多问题，如不具备电气隔离功能、传输延时大、波特率不能自适应等，无法满足井下使用的要求。

发明内容

技术问题：为了解决现有隔离耦合器或中继器在井下通信系统中使用存在的问题，本实用新型提出一种用于液压支架压力检测系统的CAN隔离中继器，实现电源隔离和信号通讯、增加网络节点数目、提高通讯速率、实现数据的透明传输以及保证通讯网络的本质安全和可靠性。

技术方案：该该隔离中继器是通讯中继产品，完全采用数字电路，是在通讯最底层的物理层直接处理数据，将收到的数据进行隔离和增强后原样输出，所以不受软件协议的限制，传输效率高，大大的降低数据传递时间，不对数据格式做任何改动，可以透明传输任何不同上层协议的数据，保证数据准确的在网络中传输。波特率自适应，当传输波特率变化时，只要波特率位时间大于隔离器件的转换时间，即可实现波特率的自适应传输，无需做硬件和软件的设置，可以方便组成网络，兼容原有的网络协议，无需改变原来的软件，能够适应所有CAN网络软件。主要用于超远距离半双工通信，内部逻辑控制电路能够自动识别数据流方向，能够双向延长网络通信距离。隔离中继器内置完善的保护电路，能预防网络设备同时输出极性相反信号而损坏接口，隔离中继器内置500W保护器，有效防止浪涌和雷击对设备造成损坏。

本实用新型用于综采面液压支架电液控制系统的隔离中继器主要包括三大部分：第一部分是CAN驱动器，第二部分是光电耦合器，第三部分信号调理电路；其中：左侧两个外接端子分别接CAN1总线驱动器的CANH1与CANL1引脚，CAN1总线驱动器的输出端接第一信号处理电路，第一信号处理电路的输出端接第一光电隔离电路，第一光电隔离电路的输出端接CAN2总线驱动器；右侧两个外接端子分别接CAN2总线驱动器的CANH2与CANL2引脚，CAN2总线驱动器的输出端接第二信号处理电路，第二信号处理电路的输出端接第二光电隔离电路，第二光电隔离电路的输出端接CAN1总线驱动器；第一电源转换模块的电源输出分别接CAN1总线驱动器、第一信号处理电路、第一光电隔离电路、第二光电隔离电路；第二电源转换模块的电源输出分别接第一光电隔离电路、CAN2总线驱动器、第二信号处理电路、第二光电隔离电路。

采用的CAN驱动器为TJA1050，光电隔离器为6N137，隔离中继器外壳采用金属制成，内部采用灌封工艺，符合煤矿井下安全规范。

CAN总线驱动器的驱动器U3的1号引脚与第一信号处理单元中的处理单元M1相连，2号引脚接地，3号引脚与电源+5V1相连，4号引脚与光电耦合器U2的6号引脚相连，6号和7号引脚经过保护二极管D2与地相连，6号引脚与7号引脚之间接匹配电阻R5，8号引脚经过斜率电阻R1接地。

有益效果：本隔离中继器完全采用数字电路实现，可以完成基于CAN总线数据通讯，具有传输速率高、延迟时间极小、电气隔离电压高、总线双向延长、信号流向自动切换、波特率自适应等特点，能够实现数据的透明传输，满足井下本安型通讯设备进行隔离的要求。此外还可以实现延长CAN总线网络的通信距离，增加CAN总线网络设备的数目。

附图说明

图1是隔离中继器系统框图，

图2是隔离中继器在液压支架系统中位置示意图，

图3是CAN隔离中继部分连接示意图。

具体实施方式

CAN网络是一种半双工通信网络，同一时刻数据总是单向流动，如图1所示，CAN隔离中继器每侧各有两个接线端子分别为差分信号线CANH、CANL。CAN隔离中继器包括总线驱动器、信号处理电路和隔离电路三个模块。由于信号需要左右双向传输，每一模块被分成左右对称的一对接收和发送电路：CAN1总线驱动器、CAN2总线驱动器、信号处理电路1、信号处理电路2、隔离电路1、隔离电路2。

本隔离中继器解决CAN总线在支架压力监测系统中应用的问题，突破了CAN总线网络距离和节点数目的限制。通过光电隔离电路，既实现了不同电源之间电的隔离，又实现了各个CAN节点之间的相互通讯。

本实施例是一种井下支架压力监测系统使用的隔离中继器。该隔离中继器有一外壳，外壳的插接面板有2个4芯电缆插座，一个与左边CAN节点通过连接电缆相连，另一个通过连接电缆与右边CAN节点相连。该隔离中继器包括驱动器、信号处理电路、隔离电路三部分。CAN驱动器负责CAN网络数据收发，同一时刻只能是发或者收，信号处理电路主要是对信号进行放大、滤波和逻辑控制处理，增强信号强度。

隔离中继器在通信系统中应用的示意图，如图2所示。两个独立电源分别为两边CAN节点供电，同时也为隔离中继器供电。由于光电隔离电路，使得两电源处在不同的网络中，两电源之间没有电的直接连接。

图3指示了隔离中继器关键电路连接关系。

在图3中，CAN驱动器U3的1号引脚与信号调理单元M1相连，2号引脚接地，3号引脚与电源+5V1相连，4号引脚与光电耦合器U2的6号引脚相连，5号引脚悬空未用，6号引脚经过保护二极管D2与地相连，7号引脚经过保护二极管D1接地，6号引脚与7好引脚之间接匹配电阻R5，8号引脚经过斜率电阻R1接地。

光电耦合器U2的1号引脚和4号引脚悬空未用，2号引脚与电源+5V2相连，3号引脚经过电阻R6与信号调理单元M2相连，5号引脚接地，6号引脚与CAN驱动器U3的4号引脚相连，7号、8号引脚接电源+5V1。

CAN驱动器U4的连接方式和CAN驱动器U3的完全相同，光电耦合器U1的连接方式同光电耦合器U2完全相同。信号调理单元M1和信号调理单元M2的连接方式完全相同。

信号可以双向传输，从CAN驱动器U3经过光电耦合器U2和信号调理单元M2到达CAN驱动器U4，亦可从CAN驱动器U4经过光电耦合器U1和信号调理单元M1到达CAN驱动器U3。

如图1所示，在CAN的隔离中继器主要有CAN总线驱动器、光电隔离电路和信号处理电路。当数据流从左向右传时，左边CAN节点送出的信号经过CAN1总线驱动器，信号进入处理电路1中进行处理，保证信号的不失真、不衰减。处理后送入光电隔离电路1中，经过电-光-电转换，然后送入CAN2总线驱动器，最终输出到右边的支架压力检测器，实现数据从左边CAN节点到右边CAN节点的传递；当数据从右向左时，右边CAN节点发送的信号经过CAN2总线驱动器，送入信号处理电路2，经过信号处理电路2处理，再经过光电隔离电路2到达CAN1总线驱动器，最后输出到左边CAN节点，实现数据从右边CAN节点到左边CAN节点的传递。这样即实现了电源的隔离同时也实现信号的隔离通讯。

通过隔离中继器，将不同电源供电的CAN节点分割在不同的网段上，通过光电隔离电路，将不同的网段连成一个网络，实现信号的传递，达到了增加网络中节点数目，延长网络的有效距离的目的，满足井下液压支架压力监测系统通讯网络的需求。

Claims (3)

1.一种用于液压支架压力检测系统的CAN隔离中继器，其特征在于该隔离中继器主要包括三大部分：第一部分是CAN驱动器，第二部分是光电耦合器，第三部分信号调理电路；其中：左侧两个外接端子分别接CAN1总线驱动器(1)的CANH1与CANL1引脚，CAN1总线驱动器(1)的输出端接第一信号处理电路(2)，第一信号处理电路(2)的输出端接第一光电隔离电路(3)，第一光电隔离电路(3)的输出端接CAN2总线驱动器(4)；右侧两个外接端子分别接CAN2总线驱动器(4)的CANH2与CANL2引脚，CAN2总线驱动器(4)的输出端接第二信号处理电路(5)，第二信号处理电路(5)的输出端接第二光电隔离电路(6)，第二光电隔离电路(6)的输出端接CAN1总线驱动器(1)；第一电源转换模块(7)的电源输出分别接CAN1总线驱动器(1)、第一信号处理电路(2)、第一光电隔离电路(3)、第二光电隔离电路(6)；第二电源转换模块(8)的电源输出分别接第一光电隔离电路(3)、CAN2总线驱动器(4)、第二信号处理电路(5)、第二光电隔离电路(6)。

2.根据权利要求1所述的用于液压支架压力检测系统的CAN隔离中继器，其特征在于：采用的CAN驱动器为TJA1050，光电隔离器为6N137，隔离中继器外壳采用金属制成，内部采用灌封工艺，符合煤矿井下安全规范。

3.根据权利要求2所述的用于液压支架压力检测系统的CAN隔离中继器，其特征在于：CAN总线驱动器(1)的驱动器U3的1号引脚与第一信号处理单元(2)中的处理单元M1相连，2号引脚接地，3号引脚与电源+5V1相连，4号引脚与光电耦合器U2的6号引脚相连，6号和7号引脚经过保护二极管D2与地相连，6号引脚与7号引脚之间接匹配电阻R5，8号引脚经过斜率电阻R1接地。

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