矿用隔爆型馈电开关运行参数在线监测系统设计
【摘要】 矿用隔爆型馈电开关是煤矿电网的重要组成部分，起到控制和保护支路电网的作用。本文首先介绍了DSP内部集成的eCAN通讯模块，然后设计矿用隔爆型馈电开关运行参数在线监测系统的硬件电路，包括DSP最小系统和CAN通讯接口，最后编写在线监测系统CAN软件程序。
【关键词】 矿用 馈电开关 在线监测 eCAN
我国电力、冶金等行业的迅速发展及新能源发展受到地域及技术制约，煤炭依然是我国能源生产和消耗的主体，国家经济增长对于煤炭的依赖程度不断增加。伴随煤矿开采的强度和深度的增加，排除危及井下安全生产的事故隐患难度不断增加，煤炭行业安全生产事故总量仍然偏多，加大落后矿井的关闭工作和现代化矿井建设工作刻不容缓。馈电开关在煤矿井下起到支路电网的控制和保护作用，属于井下应用较多的电气设备之一，开展矿用隔爆型馈电开关运行参数在线监测系统对于提高支路电网的可靠性、保障井下安全生产具有十分重要的意义。
一、 eCAN模块
eCAN模块是TI公司新一代32位的高级CAN通讯控制器，属于TMS32024X系列处理器集成的CAN控制器的升级版，相当于TI公司TMS470系列为控制器内的集成的高端CAN控制器，它完全可以兼容CAN2.0通讯协议，还可以在强干扰的情况下使用CAN2.0通讯协议。eCAN模块结构如图1所示，CAN总线通过CAN隔离收发器与DSP的eCAN模块相连接。eCAN模块具有32个完全可以控制的邮箱和时间标识特性，每个邮箱都可以配置成接收或发送邮箱，具有一个32位时间标记用于发送和接收消息。eCAN模块的控制器独立于CPU，具有自我控制和管理能力，减轻了CPU的负担。以上这些功能使CAN总线在传输数据时更加灵活，数据量更大，功能更加完备。
图1 eCAN模块结构图
二、 在线监测系统设计
矿用隔爆型馈电开关运行参数在线监测系统采用高精度电压、电流、行程传感器对影响其状态的变量进行实时监测，传感器发送的数据经过数据处理后发送给DSP，DSP对数据进行计算并将结果发送给上位机。在线监测系统主要包括高精度传感器、信号处理单元、DSP最小系统、CAN通讯接口和上位机，其中高精度传感器采集馈电开关电压、电流和行程信息，并发送给信号处理单元；信号处理单元将传感器的输出信号转换成DSP可以识别的信号；DSP最小系统对馈电开关的信息进行计算处理，然后经过CAN通讯网络发送给上位机；上位机对数据进行显示，在系统故障时给发送动作指令停止馈电开关动作，同时发出故障警报。矿用隔爆型馈电开关运行参数在线监测系统法采用拓扑型结构（如图2所示），同时对多个馈电开关的运行参数进行监测。
图2 矿用馈电开关运行参数在线监测系统
2.1 DSP最小系统设计
DSP最小系统是整个矿用隔爆型馈电开关在运行参数在线监测系统的核心。DSP最小系统主要由时钟模块、JTAG接口模块、外扩存储器模块、电源模块、复位电路和外接晶振组成。所有数字电路的系统各个单元都依靠时钟信号作为同步，时钟频率决定着系统每秒钟的操作次数，时钟模块为监测系统提够时钟信号。JTAG接口是实现对DSP进行在线编程的程序入口。外扩存储器提高DSP的存储能力。电源模块为DSP提供3.3V和1.8V的双通道工作电压，各通道电流不大于1A。复位电路保证系统的正常启动，在系统故障时重新运行程序，防止系统跑飞而不能正常工作。外接晶振为监测系统提供合适的振荡频率，晶振的选择不能超出DSP处理器的主频。
2.2 CAN通讯电路设计
DSP内部的eCAN模块是一个功能完全的CAN控制器，包括传送数据信息处理、接收管理和帧存储功能，支持标准帧和扩展帧两种格式。在TMS320F2335内部集成了增强型eCAN通信模块，所以CAN通讯接口电路的设计变得更加简单。本文选用CTM8251T作为eCAN控制器与CAN物理总线的接口芯片，DSP的eCAN控制器的收发信号CANRX、CANTX引脚经过具有隔离功能的收发器CTM8251T连接到CAN物理总线。CTM8251T是专用的CAN通讯信号隔离收发器，能够增大系统的通信距离，同时可以提高通讯系统瞬间抗干扰能力，具有降低射频干扰的功能，属于CAN通讯接口芯片的最佳选择。在CAN物理总线总线末端连接120Ω电阻，用于传输线的阻抗匹配，提高总线的抗干扰能力。
2.3 软件程序设计
矿用隔爆型馈电开关运行参数在线监测系统中DSP和上位机之间的信号传输通过CAN总线来实现， CAN模块的初始化操作是使用其通讯的首要步骤。CAN总线只有在初始化模式下才可以进行初始化操作，图3为CAN模块初始化流程。CAN网络同步实现初始化模式和正常模式之间的转换，即CAN控制改变工作模式之前要检测总线空闲序列，如果产生占用总线错误，CAN控制器将不能检测总线状态，也就不能完成模式切换。
图3 CAN模块初始化流程图
三、结论
利用CAN总线在数据传输时的高速率和高稳定性特性，开发矿用隔爆型馈电开关在运行参数在线监测系统。以TMS320F28335型DSP作为核心设计监测系统整体结构，完成馈电开关运行参数在线监测，系统采用拓扑型结构，可以同时监测多台馈电开关，具有稳定性强、可靠性高等优点。
参 考 文 献
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