SJA1000在煤矿皮带运输控制系统的应用
【摘要】本文简单介绍了CAN控制器SJA1000的结构和基本原理，分析了目前皮带运输控制系统的缺点，提出了基于SJA1000的CAN总线控制器的皮带运输控制系统，并对其进行了相应的阐述，最后结合实际数据进行了分析。
【关键词】现场总线；SJA1000总线控制器；皮带运输控制系统
1.综述
现场总线是指以工厂内的测量和控制机器间的数字通讯为主的网络，也称现场网络。也就是将传感器、各种操作终端和控制器间的通讯及控制器之间的通讯进行特化的网络。原来这些机器间的主体配线是ON/OFF、接点信号和模拟信号，通过通讯的数字化，使时间分割、多重化、多点化成为可能，从而实现高性能化、高可靠化、保养简便化、节省配线（配线的共享）。
CAN总线是现场总线的一种，最早由德国BOSCH公司推出，它广泛用于离散控制领域，其总线规范已被ISO国际标准组织制定为国际标准，得到了Intel、Motorola、NEC等公司的支持。CAN协议分为二层：物理层和数据链路层。CAN的信号传输采用短帧结构，传输时间短，具有自动关闭功能，具有较强的抗干扰能力。
SJA1000作为CAN总线很重要的一个控制芯片，随着CAN总线的应用越来越广泛，SJA1000也受到人们的足够重视，本文介绍了SJA1000的原理和结构，简单介绍了 SJA1000在煤矿皮带运输系统中的应用。
2.SJA1000[3]基本结构和原理
2.1 CAN总线概述
CAN属于现场总线的范畴，它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来；其所具有的高可靠性和良好的错误检测能力受到重视，被广泛应用于计算机控制系统和环境温度恶劣、电磁辐射强和振动大的工业环境中。
CAN总线有数据通信实时性强、开发周期短、各节点可以自由通信等优点，这些优点使得CAN总线被广泛的应用于广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。
2.2 SJA1000的原理和结构
SJA1000是应用于汽车和一般工业环境下的独立的CAN总
线控制器，具有CAN总线协议的通用功能，可以完成CAN总线协议要求的所有功能。
（1）接口管理逻辑：它接收来自CPU的处理命令，控制CAN寄存器的地址，向主控制器提供中断和状态信息。
（2）发送缓冲器：它位于CPU和位流处理器之间，能储存发送到CAN网络的完整信息，缓冲器长13个字节，由CPU写入，由BSP读出。
（3）接收缓冲器：接收缓冲器是控制器和接收滤波器之间的接口，主要的作用是存储并接收通过的滤波报文。
（4）接收滤波器：接收滤波器的功能是把报文的标识符和接收滤波器的内容进行比较，判断该内容是否能被接收，如果该报文符合接收条件，则把报文存入RXFIFO中。
（5）位流控制器：位流控制器是负责控制发送缓冲器、RXFIFO和CAN总线之间数据序列的发送器，同时执行错误监测、仲裁等功能。
（6）位定时逻辑：它将SJA1000同步于CAN总线上的位流。
（7）错误管理逻辑：它按照CAN协议完成错误界定。
3.现有煤矿皮带运输控制系统的缺点
由于煤矿（特别是井工矿井）特殊的地质条件和开采环境，瓦斯和各种气体含量较多，为了确保生产工人和设备的安全，煤矿现行的安全措施是采用隔爆型或者本安型，而隔爆或者本安型这一特性限制了产品的性能，所以煤矿自动化水平的发展一直滞后于地面其他行业自动化水平。目前煤矿自动化监控系统的传输主要还是RS485这一传统的通讯方式。相比CAN总线等其他总线的传输方式，RS485总线传输在实际的应用中有如下几个不足：
（1）数据实时性差：485通讯速度受所挂接在该总线上的设备和通讯距离的影响较大，挂接在总线上的设备越多，通讯距离越长，通讯的实时性就越差，有些对通讯实时性要求较高的系统不宜采用这种通讯方式；
（2）抗干扰性差：现在煤矿供电系统主电源都是10KV，用电设备的电压等级也越来越高，变频器在煤矿的应用也越来越普及，干扰源越来越广泛，干扰强度也越来越高，485通讯方式采用TTL差动电平的形式来传输数据，这一特性决定了485通讯方式受电磁干扰的影响较大，尽管可以采用屏蔽电缆、AB线双绞、强电和通讯线分开布局等措施来减小电磁干扰的影响，但是抗干扰性始终是485通讯的一个固有的缺陷；
（3）多主机方式实现困难：由于RS485通讯方式采用主-从方式，主站呼叫，分站才能应答数据，多主机方式会造成通讯混乱等情况，只能是一台主机正常工作、另一台主机处于监听的状态下，无法实现双机热备这一更安全的监控模式；
（4）可靠性差：由于RS485采用主从这一通讯模式，如果主节点出现故障，系统就陷入通讯瘫痪状，这也是煤矿各种监控系统不能忍受的。
4.系统的设计和应用
4.1 SJA1000总线控制器的接口电路设计
带式输送机监控系统主要由现场上位机、智能接口和挂接在智能接口上的各类传感器和执行器组成。现场上位机可以通过挂接在带式输送机沿线的智能接口进行通信、接收智能接口的数据和具有CAN总线通信接口的传感器，能根据接收到的数据进行分析和处理，根据现场的情况进行下发总线控制命令，把所有的设备状态和整个系统的信息显示在专用显示屏上，供现场操作人员进行参考，而且可以配接响应的通信设备，把采集到的现场数据通过多种形式传输到地面中心控制站，工远程操作者参考；智能接口接入皮带机沿线的各种开关量和模拟量信号，经过简单分析处理后主动上传到现场上位机；智能接口还能接收来自现场上位机的控制命令，并根据命令做出响应的控制反应。上位机关和智能接口可以对等通信。现场主机通过和带式运输机沿线的智能接口进行通信、采集数据，实时的对沿线的设备进行监测控制。
如图2所示，CAN总线的接口电路主要有单片机控制器、独立的CAN通信控制器、隔离光耦和CAN总线收发器组成：单片机控制器主要负责和SJA1000通信，接收SJA1000收到的数据，进行处理，并把各种命令通过SJA1000发送出去；隔离高速光耦6N137负责把SJA1000和总线收发器的电气隔离开来，保护SJA1000CAN总线通信控制器的安全；总线收发器负责接收总线上其他设备的数据，并把控制器处理后的数据发送到总线上；
值得注意的是，隔离光耦两端的电源应该是两路独立电源[2]，否则光耦就没有起到隔离的作用，起不到保护SJA1000总线控制器的左右，虽然隔离电源增加了节点的复杂性，但是提高了系统的稳定性和安全性；
4.2 现场数据测试
皮带运输控制系统中，CAN总线智能接口，如果数据没有变化的时候，采用定时发送数据的方式，这些智能接口负责接入各种模拟量和开关量的传感器，比如速度传感器、滚筒温度传感器、堆煤传感器等数据，遵循一定的协议也可以接入其他系统的数据。智能接口的数据的发送时间间隔和可以由用户根据现场的实际情况自行设定；如果有数据变化，则采用无条件立即发送的方式，数据中带有数据变化的标志，现场上位机接收到带有数据变化标志的数据，立即进行处理。这种采用定时发送和即时发送数据的方式即保证了数据处理的实时性，又保证了总线通道的空闲性，这样就保证了数据处理的实时性，保证了系统的效率[5]，提高了系统的安全型。
5.结语
采用基于SJA1000 CAN控制器智能芯片设计的带式运输机监控系统，已经在现场多个煤矿进行了实际的应用，应用的结果表明：基于SJA1000的CAN总线控制器的煤矿带式皮带运输控制系统，具有数据的传输实时性好、准确率高等有点，避免了其他总线传输方式的弊端，提高了带式输送机的安全型，为煤矿安全生产提供了可靠的保证。
参考文献
[1]邬宽明.现场总线技术应用选编（上）[M].北京：北京航空航天大学出版社.
[2]饶运涛，邹继军等.现场总线CAN原理与应用技术[M].北京：北京航空航天大学出版社.
[3]SJA1000独立的CAN控制器应用指南.广州周立功单片机发展有限公司.http：//
[4]完全替换PCA82C250的TJA1040高速CAN总线收发器.广州周立功单片机发展有限公司.http：//.
[5]MT/T772-1998 煤矿监控系统主要性能测试方法[S].1998.