本發(fā)明涉及一種基于CAN總線技術的液壓支架控制系統(tǒng)，適用于機械領域。

背景技術：

在煤礦井下高效的綜采工作條件下，液壓支架作為支撐安全工作空間的重要設備之一，其自動化控制程度對于整個綜采過程的效率以及可靠度有著關鍵的影響。液壓支架通過對巷道的液壓支撐力，有效地防止頂板上的巖石或其他物體脫落，維持工作面，保護工作人員和設備安全。在采煤作業(yè)過程中，支架自身的諸多工作狀態(tài)，比如千斤頂的推移、支架的橫向移動等可通過控制系統(tǒng)中的實時監(jiān)控與數據信息采集等過程進行實時顯示。立柱壓力值、支架動作狀態(tài)、采煤機位置和千斤頂推移行程等動態(tài)變化值可以得出支架的支護狀態(tài)以及相關設備的運行狀態(tài)。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了一種基于CAN總線技術的液壓支架控制系統(tǒng)，通過對上位機通訊及監(jiān)控的要求，制定相應的工作任務。上位機的軟件系統(tǒng)采用目前應用非常廣泛的SCADA組態(tài)軟件。對于數據采集系統(tǒng)的數據傳輸程序則采用MSComm控件，串口通訊，達到數據傳遞的高效與穩(wěn)定。

本發(fā)明所采用的技術方案是：所述液壓控制系統(tǒng)采用總線技術，運用主從控制的方式，以CAN現(xiàn)場總線作為通信總線。液壓支架的控制系統(tǒng)通過多位傳感器接收現(xiàn)場的參數信息，實時地監(jiān)視支架的支護狀態(tài)，控制活塞桿的位置，使得支架可以通過相應指令控制完成拉架和自動推溜等操作。支架的控制器是整個控制系統(tǒng)的核心，主要由微處理器、數據采集器、操作裝置等組成，按照設定的程序指令，分析和控制支架的各個工況狀態(tài)。

所述數據采集器由多個模塊組成，主要包括供電模塊、壓力A/D轉換模塊、傾角通信模塊、顯示模塊、FLASH存儲模塊、報警模塊和CAN總線通信模塊等。其中，A/D轉換器可以將傳感器的模擬量轉化為10位精度的數字量，存儲在FLASH存儲模塊，傾角通信模塊則是采用十六進制表示的ASCII碼制數據。井下的相關數據信息主要通過CAN總線通信系統(tǒng)實時地反饋給傳輸器。當傳輸器檢測到系統(tǒng)設定的臨界狀態(tài)時，就會啟動相應的報警狀態(tài)，從而實現(xiàn)了信息數據的可靠性傳輸。

所述控制系統(tǒng)采用MSP430F147型單片機作為采集器的核心處理器，該處理器具有節(jié)能、兼容模塊多、性價比高的特點，通過16位的CPU集成寄存器擴展代碼，廣泛應用于井下的數據采集器。對于壓力傳感器選取電壓為ADC12內置的2.5V電壓，在模擬量的輸如部分添OPA2335，使得電壓的變化范圍在設定的0-2.5V，壓力傳感器A/D轉換模塊的部分器選取電壓為ADC12內置的2.5V電壓，在模擬量的輸如部分添OPA2335，使得電壓的變化范圍在設定的0-2.5V，傳感器的輸入端經過遠方OPA2335連接到單片機引腳P6.0和P6.1。

所述液壓支架控制系統(tǒng)主要通過電磁閥驅動器和電液控制，核心控制器主要采用穩(wěn)定性與性價比較高的LPC2200，該處理器在外圍總線不能正常工作狀況下，依然可以維持系統(tǒng)正常運行，因此，非常適用于井下控制系統(tǒng)。系統(tǒng)中有2條CAN通信路線。系統(tǒng)中的LED支持240x128分辨率的圖形，其片選信號為nCS2_Y2，操作地址范圍為Ox82400000~Ox825FFFFF。

對于下位機的軟件設計，需要根據控制系統(tǒng)的控制水平與井下的各種工況進行任務的制定與配置，使各個硬件模塊之間的協(xié)同工作與通信效率達到最優(yōu)。系統(tǒng)中主要將下位機的任務分為輸入、通信、顯示、數據采集、數據處理、監(jiān)控和報警等。

所述系統(tǒng)采用上位機循環(huán)節(jié)點控制下位機的方式可以有效地發(fā)揮CAN總線的位速率。信息在傳輸過程中的優(yōu)先權是有高低的，對于緊急的指令是有最高優(yōu)先權的，從而保證系統(tǒng)的安全性。在基于CAN總線技術的控制系統(tǒng)中，若有諸多節(jié)點指令向總線傳輸數據，按照優(yōu)先權的高低進行數據的先后傳輸，提高了整個控制系統(tǒng)的實時性。現(xiàn)場總線的響應時間對于傳輸速率有較大的影響，響應時間與協(xié)議的層次數量和復雜程度有關，響應時間越長，傳輸的速率越低。

所述控制系統(tǒng)采用的隔離CAN收發(fā)器模塊CTM8251可以較好地確保總線在受到電磁干擾或者其他不穩(wěn)定環(huán)境下依然可以完成自身使用功能，遭受嚴重干擾時控制器仍正常工作。系統(tǒng)中的總線ESD保護器件采用NUP2105L等。

所述控制系統(tǒng)中的數據傳輸，主要通過系統(tǒng)中的傳輸器與井下數據采集器之間的聯(lián)系，傳輸過程通過CAN總線通信。系統(tǒng)制定相應的通訊協(xié)議以及數據傳輸的格式、波特率等，以便保證串口通訊更加準確、硬件之間的功能更加協(xié)調。為了統(tǒng)一數據傳遞的轉換，將主板、通信轉接板以及數據采集器之間的波特率均設定為9600。對于數據的格式，同樣進行統(tǒng)一處理。數據格式包括禎頭、長度、有效數據和禎尾4個部分。信息數據的校驗方式采用異或校驗，即每8個有效數據字節(jié)為一組，第8個字節(jié)為前7個字節(jié)的異或校驗值。

本發(fā)明的有益效果是：該控制系統(tǒng)由于采用雙下位機系統(tǒng)，上位機LabVIEW軟件只需將試驗參數下達給下位機。完成開始指令后，下位機便能進行試驗。上位機在整個過程中只扮演監(jiān)控和指令發(fā)送的功能，并不對其進行控制。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。

圖1是本發(fā)明的控制系統(tǒng)總體結構圖。

圖2是本發(fā)明的數據采集系統(tǒng)結構圖。

圖3是本發(fā)明的控制器原理圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。

如圖1，液壓控制系統(tǒng)采用總線技術，運用主從控制的方式，以CAN現(xiàn)場總線作為通信總線。液壓支架的控制系統(tǒng)通過多位傳感器接收現(xiàn)場的參數信息，實時地監(jiān)視支架的支護狀態(tài)，控制活塞桿的位置，使得支架可以通過相應指令控制完成拉架和自動推溜等操作。支架的控制器是整個控制系統(tǒng)的核心，主要由微處理器、數據采集器、操作裝置等組成，按照設定的程序指令，分析和控制支架的各個工況狀態(tài)。

如圖2，數據采集器由多個模塊組成，主要包括供電模塊、壓力A/D轉換模塊、傾角通信模塊、顯示模塊、FLASH存儲模塊、報警模塊和CAN總線通信模塊等。其中，A/D轉換器可以將傳感器的模擬量轉化為10位精度的數字量，存儲在FLASH存儲模塊，傾角通信模塊則是采用十六進制表示的ASCII碼制數據。井下的相關數據信息主要通過CAN總線通信系統(tǒng)實時地反饋給傳輸器。當傳輸器檢測到系統(tǒng)設定的臨界狀態(tài)時，就會啟動相應的報警狀態(tài)，從而實現(xiàn)了信息數據的可靠性傳輸。

控制系統(tǒng)采用MSP430F147型單片機作為采集器的核心處理器，該處理器具有節(jié)能、兼容模塊多、性價比高的特點，通過16位的CPU集成寄存器擴展代碼，廣泛應用于井下的數據采集器。對于壓力傳感器選取電壓為ADC12內置的2.5V電壓，在模擬量的輸如部分添OPA2335，使得電壓的變化范圍在設定的0-2.5V，壓力傳感器A/D轉換模塊的部分器選取電壓為ADC12內置的2.5V電壓，在模擬量的輸如部分添OPA2335，使得電壓的變化范圍在設定的0-2.5V，傳感器的輸入端經過遠方OPA2335連接到單片機引腳P6.0和P6.1。

如圖3，液壓支架控制系統(tǒng)主要通過電磁閥驅動器和電液控制，核心控制器主要采用穩(wěn)定性與性價比較高的LPC2200，該處理器在外圍總線不能正常工作狀況下，依然可以維持系統(tǒng)正常運行，因此，非常適用于井下控制系統(tǒng)。系統(tǒng)中有2條CAN通信路線。系統(tǒng)中的LED支持240x128分辨率的圖形，其片選信號為nCS2_Y2，操作地址范圍為Ox82400000~Ox825FFFFF。

對于下位機的軟件設計，需要根據控制系統(tǒng)的控制水平與井下的各種工況進行任務的制定與配置，使各個硬件模塊之間的協(xié)同工作與通信效率達到最優(yōu)。系統(tǒng)中主要將下位機的任務分為輸入、通信、顯示、數據采集、數據處理、監(jiān)控和報警等。

系統(tǒng)采用上位機循環(huán)節(jié)點控制下位機的方式可以有效地發(fā)揮CAN總線的位速率。信息在傳輸過程中的優(yōu)先權是有高低的，對于緊急的指令是有最高優(yōu)先權的，從而保證系統(tǒng)的安全性。在基于CAN總線技術的控制系統(tǒng)中，若有諸多節(jié)點指令向總線傳輸數據，按照優(yōu)先權的高低進行數據的先后傳輸，提高了整個控制系統(tǒng)的實時性?，F(xiàn)場總線的響應時間對于傳輸速率有較大的影響，響應時間與協(xié)議的層次數量和復雜程度有關，響應時間越長，傳輸的速率越低。

控制系統(tǒng)采用的隔離CAN收發(fā)器模塊CTM8251可以較好地確?？偩€在受到電磁干擾或者其他不穩(wěn)定環(huán)境下依然可以完成自身使用功能，遭受嚴重干擾時控制器仍正常工作。系統(tǒng)中的總線ESD保護器件采用NUP2105L等。

控制系統(tǒng)中的數據傳輸，主要通過系統(tǒng)中的傳輸器與井下數據采集器之間的聯(lián)系，傳輸過程通過CAN總線通信。系統(tǒng)制定相應的通訊協(xié)議以及數據傳輸的格式、波特率等，以便保證串口通訊更加準確、硬件之間的功能更加協(xié)調。為了統(tǒng)一數據傳遞的轉換，將主板、通信轉接板以及數據采集器之間的波特率均設定為9600。對于數據的格式，同樣進行統(tǒng)一處理。數據格式包括禎頭、長度、有效數據和禎尾4個部分。信息數據的校驗方式采用異或校驗，即每8個有效數據字節(jié)為一組，第8個字節(jié)為前7個字節(jié)的異或校驗值。