基于时间敏感网络的采煤机控制系统研究

摘要

随着煤矿智能化进程的加速，采煤机控制系统对网络通信的带宽、实时性和可靠性提出了更高要求。传统以太网和CAN总线由于带宽有限和时延不可控，难以适应多源传感与自主控制等复杂工况。提出将时间敏感网络（TSN）技术引入采煤机控制系统，并设计搭建了基于TSN的实时通信测试平台。系统梳理了TSN的核心协议，包括时间同步、流量调度、帧抢占与冗余传输机制，构建了适用于采煤机多模块协同控制的TSN拓扑与软件架构。利用MATLAB/Simulink建立了典型通信场景，比较了TSN与传统以太网在端到端延迟分布、时钟同步精度等方面的性能差异。结果显示，TSN不仅实现了100 Mb/s以上的高速数据交换，还将关键控制帧的端到端延迟稳定控制在2～5 ms,99%以上报文延迟低于5 ms，并实现了纳秒级时钟同步，有效提升了多源数据融合能力和控制指令的实时性与可靠性。研究表明，TSN技术为采煤机智能化和安全生产提供了坚实的网络支撑。

关键词

采煤机 / TSN / 实时通信 / 时间同步 / 流量调度