中南大學(xué)機(jī)械電子工程研究所  魏樹偉，何將三，廖平，謝樂添，井歡歡

1 引言

在礦井下生產(chǎn)作業(yè)時(shí)，良好通風(fēng)是保證安全生產(chǎn)的關(guān)鍵。常用的通風(fēng)設(shè)備一局部通風(fēng)機(jī)用于調(diào)節(jié)井下通風(fēng)狀況，調(diào)控瓦斯?jié)舛�。風(fēng)機(jī)中的電機(jī)和其他電機(jī)一樣，在運(yùn)行過程中因?yàn)樨?fù)載、電網(wǎng)及電機(jī)本身等因素常出現(xiàn)過載、缺相、短路等故障，影響其正常運(yùn)行，從而影響礦井的正常通風(fēng)。為了適應(yīng)礦井生產(chǎn)需求，綜合多方面因素及項(xiàng)目要求，研制一臺(tái)多電機(jī)綜合保護(hù)器，采用AT89C52單片機(jī)對(duì)煤礦井下多臺(tái)電機(jī)的故障實(shí)現(xiàn)綜合保護(hù)。

綜合保護(hù)器掌握的礦井環(huán)境及電機(jī)運(yùn)行狀況信息傳送到地面監(jiān)控中心，同時(shí)地面監(jiān)控中心可以發(fā)送控制指令控制地下電機(jī)綜合保護(hù)器。通訊方面，由于CAN總線與一般通訊總線相比．具有較好的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性，因此采用CAN總線，將故障信息、風(fēng)機(jī)工作狀況及瓦斯、風(fēng)量信息傳送至上位機(jī)。對(duì)礦井下的各種危險(xiǎn)情況做出及時(shí)的反映，保證安全生產(chǎn)。

2 多電機(jī)綜合保護(hù)器的基本組成

該綜合保護(hù)器由兩大模塊組成：保護(hù)子模塊和通信子模塊。保護(hù)子模塊主要是根據(jù)各傳感器和外部檢測裝置輸入單片機(jī)的信號(hào)進(jìn)行處理、轉(zhuǎn)換、顯示以及驅(qū)動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能，達(dá)到保護(hù)電動(dòng)機(jī)和風(fēng)機(jī)目的。通信子模塊用于實(shí)現(xiàn)井下電機(jī)綜合保護(hù)器與地面上位機(jī)通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)的通信。

保護(hù)子模塊采用Atmel公司生產(chǎn)的AT89C52單片機(jī)作為核心控制器，調(diào)控處理各種檢測信息，并完成與CAN總線的接口。通信子模塊采用Philips公司生產(chǎn)的CAN獨(dú)立控制器SJA1000實(shí)現(xiàn)信息通訊。

2.1 保護(hù)子模塊概述

綜合保護(hù)器保護(hù)子模塊由微處理器和外圍I／O接口電路組成。

微處理器的核心器件AT89C52是一款低壓、高性能CMOS 8位單片機(jī)，內(nèi)含8 KB EPROM和256字節(jié)RAM；采用高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)；與標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品引腳兼容；內(nèi)置通用8位CPU和Flash存儲(chǔ)單元、32個(gè)可編程I／O口線、3個(gè)16位定時(shí)／計(jì)數(shù)器以及8個(gè)中斷源，適用于較為復(fù)雜的控制應(yīng)用場合。

該綜合保護(hù)器能對(duì)一臺(tái)風(fēng)機(jī)的4個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的缺相、短路、過載、漏電故障進(jìn)行綜合保護(hù)。風(fēng)機(jī)共有兩臺(tái)，一臺(tái)主風(fēng)機(jī)，一臺(tái)備用風(fēng)機(jī)。風(fēng)機(jī)風(fēng)量等級(jí)共有4級(jí)，每臺(tái)風(fēng)機(jī)的風(fēng)速等級(jí)由4臺(tái)電機(jī)高、低速運(yùn)行的不同組合控制，其中3臺(tái)電機(jī)是雙速電機(jī)，即高速和低速兩種運(yùn)行模式，另一臺(tái)電機(jī)是單速電機(jī)。風(fēng)速等級(jí)如表1所示。瓦斯?jié)舛炔煌�，則啟動(dòng)不同的風(fēng)速等級(jí)。當(dāng)電機(jī)發(fā)生故障或達(dá)到風(fēng)機(jī)倒換時(shí)間，則啟動(dòng)備用風(fēng)機(jī)。根據(jù)保護(hù)器的要求及其在井下工作的特點(diǎn)，本綜合保護(hù)器實(shí)現(xiàn)的主要功能見圖1。

2.2 通信子模塊概述

通信子模塊采用的控制器是SJA1000 CAN總線控制器。SJA1000支持CAN2.0B通信協(xié)議，它與僅支持CAN2.0A的CAN控制器PCA82C200在硬件上和軟件上完全兼容，并在其基礎(chǔ)上增加了新的功能：標(biāo)準(zhǔn)幀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和擴(kuò)展幀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并且這兩種幀格式都具有單／雙接收過濾器；64字節(jié)的接收FI-FO；可讀寫訪問的錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器和錯(cuò)誤限制報(bào)警，以及只聽方式等。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，SJA000的內(nèi)部寄存器作為AT89C52的片外寄存器，AT89C52和SJA1000之間狀態(tài)、控制和數(shù)據(jù)的交換都是通過SJA1000在復(fù)位模式或工作模式下對(duì)這些寄存器的讀寫操作完成的。

3 通信子模塊設(shè)計(jì)

3.1 通信子模塊硬件設(shè)計(jì)

通信子模塊用于完成電機(jī)保護(hù)器和上位監(jiān)控機(jī)之間的信息傳送，對(duì)下位機(jī)的運(yùn)行狀況和故障信息等及時(shí)做出相應(yīng)的反映，保證井下風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行。采用應(yīng)用最廣泛的CAN總線進(jìn)行通信。CAN總線接口模塊以AT89C52單片機(jī)作為處理核心器件，PC82C250為總線收發(fā)器，采用SJA1000作為總線控制器。整個(gè)模塊有較強(qiáng)的可擴(kuò)展性和較好的通用性。SJA1