一种基于CAN总线技术的液压支架控制系统的制作方法

本发明涉及一种基于CAN总线技术的液压支架控制系统，适用于机械领域。

背景技术：

在煤矿井下高效的综采工作条件下，液压支架作为支撑安全工作空间的重要设备之一，其自动化控制程度对于整个综采过程的效率以及可靠度有着关键的影响。液压支架通过对巷道的液压支撑力，有效地防止顶板上的岩石或其他物体脱落，维持工作面，保护工作人员和设备安全。在采煤作业过程中，支架自身的诸多工作状态，比如千斤顶的推移、支架的横向移动等可通过控制系统中的实时监控与数据信息采集等过程进行实时显示。立柱压力值、支架动作状态、采煤机位置和千斤顶推移行程等动态变化值可以得出支架的支护状态以及相关设备的运行状态。

技术实现要素：

本发明提出了一种基于CAN总线技术的液压支架控制系统，通过对上位机通讯及监控的要求，制定相应的工作任务。上位机的软件系统采用目前应用非常广泛的SCADA组态软件。对于数据采集系统的数据传输程序则采用MSComm控件，串口通讯，达到数据传递的高效与稳定。

本发明所采用的技术方案是：所述液压控制系统采用总线技术，运用主从控制的方式，以CAN现场总线作为通信总线。液压支架的控制系统通过多位传感器接收现场的参数信息，实时地监视支架的支护状态，控制活塞杆的位置，使得支架可以通过相应指令控制完成拉架和自动推溜等操作。支架的控制器是整个控制系统的核心，主要由微处理器、数据采集器、操作装置等组成，按照设定的程序指令，分析和控制支架的各个工况状态。

所述数据采集器由多个模块组成，主要包括供电模块、压力A/D转换模块、倾角通信模块、显示模块、FLASH存储模块、报警模块和CAN总线通信模块等。其中，A/D转换器可以将传感器的模拟量转化为10位精度的数字量，存储在FLASH存储模块，倾角通信模块则是采用十六进制表示的ASCII码制数据。井下的相关数据信息主要通过CAN总线通信系统实时地反馈给传输器。当传输器检测到系统设定的临界状态时，就会启动相应的报警状态，从而实现了信息数据的可靠性传输。

所述控制系统采用MSP430F147型单片机作为采集器的核心处理器，该处理器具有节能、兼容模块多、性价比高的特点，通过16位的CPU集成寄存器扩展代码，广泛应用于井下的数据采集器。对于压力传感器选取电压为ADC12内置的2.5V电压，在模拟量的输如部分添OPA2335，使得电压的变化范围在设定的0-2.5V，压力传感器A/D转换模块的部分器选取电压为ADC12内置的2.5V电压，在模拟量的输如部分添OPA2335，使得电压的变化范围在设定的0-2.5V，传感器的输入端经过远方OPA2335连接到单片机引脚P6.0和P6.1。

所述液压支架控制系统主要通过电磁阀驱动器和电液控制，核心控制器主要采用稳定性与性价比较高的LPC2200，该处理器在外围总线不能正常工作状况下，依然可以维持系统正常运行，因此，非常适用于井下控制系统。系统中有2条CAN通信路线。系统中的LED支持240x128分辨率的图形，其片选信号为nCS2_Y2，操作地址范围为Ox82400000~Ox825FFFFF。

对于下位机的软件设计，需要根据控制系统的控制水平与井下的各种工况进行任务的制定与配置，使各个硬件模块之间的协同工作与通信效率达到最优。系统中主要将下位机的任务分为输入、通信、显示、数据采集、数据处理、监控和报警等。

所述系统采用上位机循环节点控制下位机的方式可以有效地发挥CAN总线的位速率。信息在传输过程中的优先权是有高低的，对于紧急的指令是有最高优先权的，从而保证系统的安全性。在基于CAN总线技术的控制系统中，若有诸多节点指令向总线传输数据，按照优先权的高低进行数据的先后传输，提高了整个控制系统的实时性。现场总线的响应时间对于传输速率有较大的影响，响应时间与协议的层次数量和复杂程度有关，响应时间越长，传输的速率越低。

所述控制系统采用的隔离CAN收发器模块CTM8251可以较好地确保总线在受到电磁干扰或者其他不稳定环境下依然可以完成自身使用功能，遭受严重干扰时控制器仍正常工作。系统中的总线ESD保护器件采用NUP2105L等。

所述控制系统中的数据传输，主要通过系统中的传输器与井下数据采集器之间的联系，传输过程通过CAN总线通信。系统制定相应的通讯协议以及数据传输的格式、波特率等，以便保证串口通讯更加准确、硬件之间的功能更加协调。为了统一数据传递的转换，将主板、通信转接板以及数据采集器之间的波特率均设定为9600。对于数据的格式，同样进行统一处理。数据格式包括祯头、长度、有效数据和祯尾4个部分。信息数据的校验方式采用异或校验，即每8个有效数据字节为一组，第8个字节为前7个字节的异或校验值。

本发明的有益效果是：该控制系统由于采用双下位机系统，上位机LabVIEW软件只需将试验参数下达给下位机。完成开始指令后，下位机便能进行试验。上位机在整个过程中只扮演监控和指令发送的功能，并不对其进行控制。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的控制系统总体结构图。

图2是本发明的数据采集系统结构图。

图3是本发明的控制器原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1，液压控制系统采用总线技术，运用主从控制的方式，以CAN现场总线作为通信总线。液压支架的控制系统通过多位传感器接收现场的参数信息，实时地监视支架的支护状态，控制活塞杆的位置，使得支架可以通过相应指令控制完成拉架和自动推溜等操作。支架的控制器是整个控制系统的核心，主要由微处理器、数据采集器、操作装置等组成，按照设定的程序指令，分析和控制支架的各个工况状态。

如图2，数据采集器由多个模块组成，主要包括供电模块、压力A/D转换模块、倾角通信模块、显示模块、FLASH存储模块、报警模块和CAN总线通信模块等。其中，A/D转换器可以将传感器的模拟量转化为10位精度的数字量，存储在FLASH存储模块，倾角通信模块则是采用十六进制表示的ASCII码制数据。井下的相关数据信息主要通过CAN总线通信系统实时地反馈给传输器。当传输器检测到系统设定的临界状态时，就会启动相应的报警状态，从而实现了信息数据的可靠性传输。

控制系统采用MSP430F147型单片机作为采集器的核心处理器，该处理器具有节能、兼容模块多、性价比高的特点，通过16位的CPU集成寄存器扩展代码，广泛应用于井下的数据采集器。对于压力传感器选取电压为ADC12内置的2.5V电压，在模拟量的输如部分添OPA2335，使得电压的变化范围在设定的0-2.5V，压力传感器A/D转换模块的部分器选取电压为ADC12内置的2.5V电压，在模拟量的输如部分添OPA2335，使得电压的变化范围在设定的0-2.5V，传感器的输入端经过远方OPA2335连接到单片机引脚P6.0和P6.1。

如图3，液压支架控制系统主要通过电磁阀驱动器和电液控制，核心控制器主要采用稳定性与性价比较高的LPC2200，该处理器在外围总线不能正常工作状况下，依然可以维持系统正常运行，因此，非常适用于井下控制系统。系统中有2条CAN通信路线。系统中的LED支持240x128分辨率的图形，其片选信号为nCS2_Y2，操作地址范围为Ox82400000~Ox825FFFFF。

对于下位机的软件设计，需要根据控制系统的控制水平与井下的各种工况进行任务的制定与配置，使各个硬件模块之间的协同工作与通信效率达到最优。系统中主要将下位机的任务分为输入、通信、显示、数据采集、数据处理、监控和报警等。

系统采用上位机循环节点控制下位机的方式可以有效地发挥CAN总线的位速率。信息在传输过程中的优先权是有高低的，对于紧急的指令是有最高优先权的，从而保证系统的安全性。在基于CAN总线技术的控制系统中，若有诸多节点指令向总线传输数据，按照优先权的高低进行数据的先后传输，提高了整个控制系统的实时性。现场总线的响应时间对于传输速率有较大的影响，响应时间与协议的层次数量和复杂程度有关，响应时间越长，传输的速率越低。

控制系统采用的隔离CAN收发器模块CTM8251可以较好地确保总线在受到电磁干扰或者其他不稳定环境下依然可以完成自身使用功能，遭受严重干扰时控制器仍正常工作。系统中的总线ESD保护器件采用NUP2105L等。

控制系统中的数据传输，主要通过系统中的传输器与井下数据采集器之间的联系，传输过程通过CAN总线通信。系统制定相应的通讯协议以及数据传输的格式、波特率等，以便保证串口通讯更加准确、硬件之间的功能更加协调。为了统一数据传递的转换，将主板、通信转接板以及数据采集器之间的波特率均设定为9600。对于数据的格式，同样进行统一处理。数据格式包括祯头、长度、有效数据和祯尾4个部分。信息数据的校验方式采用异或校验，即每8个有效数据字节为一组，第8个字节为前7个字节的异或校验值。