摘要：现阶段，CAN总线技术已广泛应用到采煤机电控系统中，由于其实时性强、错误处理和检错机制完善、抗电磁干扰能力强、传输距离较远、接线少、成本低等优点，使得采煤机电控系统在性能上得到了很大的提高。采煤机在煤矿井下工作面的工作条件非常恶劣，CAN总线技术在使用过程中也存在着诸多问题，解决采煤机CAN总线技术的常见故障，提高采煤机开机率显得非常重要。基于此，本文对基于CAN总线技术在煤矿采煤机的应用进行了详细地分析与探究。
关键词：CAN总线技术；煤矿采煤机；应用
1、我国煤矿采煤机的发展现状
随着我国科学技术的发展，煤矿开采技术快速发展和完善，就采煤技术而言，已经初步形成了能够适应不同开采环境和条件的综采成套设备。但是和德国、法国、美国、加拿大等发达国家的采矿技术相比，仍然存在一定差距，主要体现在以下几个方面：
1.1 缺乏行之有效的基础理论
山西矿产资源部门在2016年7月对20个国家的综采采煤机进行深入调查，数据显示，像西方发达国家在研究综采采煤机时比较注重元部件的理论研究，在采煤机设计中都具有大量先进、科学的理论支持。而我国在研究综采采煤机时，往往只注重性能和安全系数，对基础部件理论的研究少之又少。导致我国研究的采煤机经常出现质量问题，严重影响了采煤效率，同时自动化方面的理论研究也需要进一步强化。
1.2 缺乏核心技术的支持
通过调查显示，我国煤矿采煤机在生产加工过程中，仍然采用普通的加工机具进行加工，导致其零件的精度和准确度难以保障。同时在电气零件、液压零件、轴承、电动机、关键元件等安装过程中，缺乏精细的装配工具和装配工艺。大大降低了综采采煤机的可靠性、稳定性和使用寿命，比如：我国大多数综采采煤机的齿轮运转寿命只有4000~5000h，而德国、法国的综采采煤机的齿轮运转寿命普遍在15000h以上，从这两组数据可以可以看出国产综采采煤机的使用寿命还不足国外的1/3。
2、CAN总线技术的特点分析
2.1 多主结构
多主结构有别于主从式结构，即总线上的节点没有绝对的主机的概念，当总线空闲时，连接到总线上的任一节点都可以主动发送信息成为主机。
2.2 总线竞争
由于存在多主结构，因此会存在同一时刻，两个或两个以上节点同时发送信息的情况。CAN协议中定义了信息格式，可以通过发送消息的ID来决定发送优先级。CAN总线采用位仲裁方式，将ID逐步比对优先级，具有最高优先级的信息将获得继续发送的权利，而其它节点则立刻停止发送并进入接收操作状态。
2.3 节点配置
由于节点都是独立的，因此CAN总线可以在不修改软硬件系统的前提下，增加或删除节点，并且理论上对接入节点的数量没有限制。但是由于通讯延迟和负载能力的限制，实际可接入的设备数量还是有限制的，通常可以通过降低通讯速度来增加接入的节点设备个数。相反，如果接入的节点设备少，可以相应提高通讯速度。
2.4 远程数据请求
总线上的节点除了向其他节点发送信息外，还可以通过发送“遥控帧”，请求其他节点发送信息。
2.5 错误处理
CAN总线具备错误检测、错误通知、错误恢复及错误隔离4项错误处理功能。错误检测功能是指总线上所有节点均可以检测出错误。错误通知功能是指检测到错误的节点立刻同时通知其它所有的节点。错误恢复功能是指假如一个节点在发送信息时检测到一个错误，它会将信息传输强制终止，并通知总线上其它所有节点发生了错误，然后它会重传信息直到信息被正常传输出去。总线上会出现两种类型的错误：一是暂时性的错误，如总线上的数据由于受到噪声的影响而出现暂时性出错；二是持续性的错误，如由于设备内部出错而导致的不能自恢复的错误（如连接有问题、驱动器坏了等）。CAN总线能够区别这两种类型，对于暂时性错误，通过降低常出错单元的通讯优先级来阻止对其它正常设备的影响，另一方面，对于持续性的错误，会将这个节点从总线上隔离开。
3、CAN总线技术在煤矿采煤机的具体应用
3.1 有效处理电力设备的抗干扰问题
3.1.1 采煤机电控箱所有通讯线采用屏蔽双绞线，通讯线双绞的越紧密越好，保证差模信号被干扰的程度下降，减小总线数据出错几率。
3.1.2 尽量将动力线与CAN通讯电缆远离，变频器出线干扰最强烈，因此要避开，且如果条件允许的话尽量不要和动力线保持平行走线。
3.1.3 外接专用的信号保护器进行抗干扰，信号保护器能够对干扰过程中产生的浪涌电流与过电压进行消除，而如果干扰严重的话则要将信号保护器安装于每个节点，还要确保信号保护器尽量与被保护设备的CAN接口相接近。
3.1.4 CAN接口增加磁环、共模电感等感性防护器件。5）在干扰比较严重的情况下可以采用光纤通讯，完全隔离干扰。
3.2 从节点配置方法
采煤机电气系统中从节点设备如传感器、旋转编码器、变频器等，在使用之前都需要进行配置，配置方法有：
3.2.1 通过设备自身的拨码开关进行设置，如一些I/O总线模块，通过拨码开关就可以设置节点号和波特率。
3.2.2 通过CAN调试软件进行设置，如倾角传感器和旋转编码器，以中兴测控CS-2TAS-06E倾角传感器为例，出厂默认节点号为1，节点号的范围1～127，节点号存储在对象字典的2000h，重新设置节点号后，必须复位接点，接点重启后，新节点号才有效，修改示例见表1。出厂默认通讯速率为125kbit/s，存储在对象字典的2001h，重新设置通讯速率后必须复位系统，系统重启后，新的通讯速率才有效，修改示例如表2所示。表1中，CANID：602h，针对于2号节点的SDO1通讯对象；SDO命令：2Fh，SDO写命令，1字节有用数据；索引：2000h（低有效位在前）；子索引：00h；新节点号：05h（有效范围为01h～7Fh）。表2中，CANID：602h，针对于2号节点的SDO1通讯对象；SDO命令：2Fh，SDO写命令，1字节有用数据；索引：2001h（低有效位在前）；子索引：00h；新节点号：01h，250kbit/s；02h，125kbit/s；03h，100kbit/s；04h，50kbit/s。
3.2.3 通过主节点通讯程序进行配置。有些CAN设备配置好后没有存贮功能，断电后又恢复到默认状态，必须每次上电后进行重新配置。以ABB公司ACS800系列变频器为例，PDO21可通过变频器参数设定进行配置，其它PDO每次重新上电后要通过主节点进行配置，映射参数、通讯参数均要通过主节点发送SDO命令写入到相应的索引和子索引中去。
总之，在煤矿开采中，将CAN总线技术的特点与采煤机的发展现状进行有效结合，并对采煤机CAN总线通讯使用及调试过程中出现的问题做出分析，并提出解决方法，这些方法在应用实践中都取得了较好的效果，使CAN总线通讯技术能更好地应用于采矿机械。
参考文献：
[1]毕可仁.基于CAN总线的电牵引采煤机电控系统的研究[D].中国矿业大学，2015.
[2]李志勇.基于CAN总线技术的煤矿安全监控系统研究[J].科技创新与应用，2015，（27）：104.[2017-08-03]
论文作者:刘建平
论文发表刊物:《电力设备》2017年第23期
论文发表时间:2017/12/1
标签：节点论文; 错误论文; 通讯论文; 总线论文; 采煤机论文; 煤矿论文; 线上论文; 《电力设备》2017年第23期论文;