基于CAN总线的双局扇监测监控系统的研究

论文摘要

双局扇是煤矿（特别是高瓦斯煤矿）生产必须要求配置的设备,根据国家《煤矿安全规程》要求,在高瓦斯矿井的实际生产中,除了煤矿主扇的通风外,各个工作面还有局扇配合通风。本论文从煤矿安全生产的角度出发,根据煤矿现场实际情况,提出了基于CAN总线的双局扇监测监控系统的模型,来解决煤矿生产当中因为工作面、进风口、回风巷道的瓦斯浓度超标、风量不足以及由于人工误启动而造成的安全生产事故这一难题。本论文以CAN总线作为设备级监控网络的主干线,以数字信号处理芯片（DSP）TMS320LF2407A控制器作为测控节点的微控制器,并通过上位机监测监控软件实现了上位机对现场局扇系统的实时监控功能。论文首先论述了CAN总线测控节点的硬件设计,包括:整体设计、电源电路、TMS320LF2407A核心系统的电路、控制电路、闭锁电路及本安电路设计。其次,关于测控节点的软件部分,本文着重设计了粗糙集神经网络专家系统的故障诊断模型,在阐述了该专家系统的结构及各功能模块的设计后,实现了对双局扇系统的故障准确定位,同时,利用粗糙集理论得到的局扇控制系统的最小故障诊断规则集将作为测控节点软件设计的依据,该软件程序设计在集成开发环境CCS2.0下,结合模块化程序设计方法,使用C语言编程,其中,较为重要的模块包括:初始化设计、启动程序设计、故障检测处理设计及CAN通讯的设计。接着,本文对整个监控系统的可靠性进行了设计,包括对CAN总线及其测控节点的可靠性设计。最后,论文论述了所设计的上位机PC通过RS232与CAN232B智能CAN转换器通信的实现过程,并采用微软公司的Visual C++6.0开发环境,编制了上位机监控软件,通过测试台的实验,实现了对局扇的控制。经过实验室模拟实际现场进行系统调试,调试结果表明系统工作安全可靠,运行良好,满足了煤矿井下安全工作的要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 选题的背景及研究的实际意义
• 1.1.1 课题背景
• 1.1.2 论文研究的实际意义
• 1.2 本课题研究领域的国内外研究动态和发展趋势
• 1.2.1 现场总线的发展及其在煤矿监控系统的运用与发展
• 1.2.2 局扇控制相关技术的发展
• 1.2.3 DSP 技术的发展及其在煤矿中的应用
• 1.3 本文的主要任务和工作
• 1.3.1 本文的主要任务
• 1.3.2 本文的主要工作
• 2 CAN 总线测控节点的硬件设计
• 2.1 CAN 总线测控节点的整体设计
• 2.1.1 控制对象的原理分析
• 2.1.2 测控节点的处理器选型
• 2.1.3 整体结构设计
• 2.2 CAN 总线测控节点的供电电源设计
• 2.2.1 测控节点的电源性能指标确定
• 2.2.2 测控节点的电源电路设计
• 2.3 测控节点的DSP 外围电路设计
• 2.4 控制电路的设计
• 2.4.1 装置上电自检
• 2.4.2 人工启动信号的采集
• 2.4.3 主、副局扇自动切换且主局扇工作优先
• 2.4.4 掘进工作面控制的实现
• 2.4.5 瓦斯传感器信号的采集与控制
• 2.4.6 报警显示电路的设计
• 2.5 闭锁电路的设计
• 2.5.1 闭锁电路的电源设计
• 2.5.2 闭锁电路的驱动
• 2.6 本安电路设计
• 2.7 小结
• 3 CAN 总线测控节点的软件设计
• 3.1 基于粗糙集神经网络的专家系统故障诊断方法的研究
• 3.1.1 现有故障诊断方法及其局限性
• 3.1.2 基于粗糙集神经网络专家系统故障诊断的基本原理
• 3.1.3 专家系统的总体结构设计
• 3.1.4 CAN 总线测控节点的控制功能
• 3.1.5 运用粗糙集理论进行控制规则的极小化约简
• 3.1.6 建立神经网络知识库并利用BP 神经网络对故障样本进行仿真
• 3.2 测控节点的软件设计
• 3.2.1 软件开发工具
• 3.2.2 软件整体结构
• 3.2.3 各功能模块的软件设计
• 3.3 小结
• 4 基于CAN 总线的双局扇监测监控系统的可靠性设计
• 4.1 CAN 总线的可靠性设计
• 4.2 CAN 总线测控节点可靠性设计
• 4.2.1 测控节点的干扰现象分析
• 4.2.2 硬件的抗干扰设计
• 4.2.3 软件抗干扰设计
• 4.3 小结
• 5 上位机监测监控软件的设计
• 5.1 VISUAL C++6.0 与CSERIAL PORT 类的简介
• 5.2 CSERIAL PORT 类实现通信
• 5.3 上位机PC 与CAN232B 智能CAN 转换器之间的通讯
• 5.3.1 搭建调试环境
• 5.3.2 用户通信协议的制定
• 5.3.3 通讯数据包处理方法
• 5.3.4 程序的测试
• 5.4 上位机PC 监测监控界面的设计与实现
• 5.5 小结
• 6 结论
• 6.1 实验调试与结果
• 6.2 结论
• 6.3 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间发表的论文