單片機在煤礦電氣自動化控制中的應用研究

李琳蕓

（山西潞安環(huán)保能源開發(fā)股份有限公司王莊煤礦， 山西 長治 046031）

引言

單片機在編程以及邏輯運算方面具有十分強大的性能表現(xiàn)，因此在工業(yè)生產的自動化控制編程中有著十分廣泛的應用。目前伴隨煤礦電氣自動化控制水平的提高，單片機在煤礦生產自動化控制中也得到了十分廣泛的應用。

1 單片機的工作原理與硬件組成

1.1 單片機工作的基本原理

目前，基于單片機強大的編程以及邏輯運算性能，在煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)中得到了十分廣泛的應用。單片機并不是一個完成某個邏輯功能的中央處理芯片，而是以集成技術，將計算機系統(tǒng)集成在一個芯片上，這就使得單片機像一個計算能力相對較弱的計算機一樣。與一個功能完備的計算機系統(tǒng)相比，單片機知識缺少了I/O設備。因此，我們可以說，一個小小的單片機就成了一臺計算機。而從單片機的功能與用途上看，單片機就是一種具備在線式實時控制能力的計算機，能夠通過網(wǎng)絡或線路實現(xiàn)對于機械設備的現(xiàn)場控制。因此，單片機需要具備以下特點：其一，抗干擾能力強，能夠適應復雜的工作環(huán)境；其二，成本較低，適合工業(yè)的大規(guī)模生產；其三，體積較小，適合與其他設備配合使用。

1.2 組成單片機的硬件

伴隨工業(yè)生產中自動化水平的提高，單片機技術的研發(fā)與應用已經(jīng)得到了較長時間的發(fā)展，目前在電氣自動化控制系統(tǒng)中應用單片機已經(jīng)有了較高的可靠性與安全性，單片機技術的硬件組成也相對完善。目前，常見的單片機主要由電源、漏電閉鎖器、儲存器以及通信器這四個主要模塊構成。而一些具備特殊功能的單片機在組成上會有所不同，但基本都是在這四個模塊的基礎上進行改進，如圖1所示。

圖1 東芝TMP87C 800結構框圖

2 單片機在漏電保護中的應用

在煤礦電氣自動化控制中，單片機的漏電保護功能是系統(tǒng)安全運行的重要保證，對于降低用電安全事故發(fā)生的可能性有著十分積極的意義。而在單片機的漏電保護應用原理如下，利用零序電流方向與附加直流電源相結合的帶單片機，由于零序電流方向具備一定選擇性，因此能夠以附加直流電源對電網(wǎng)的絕緣進行檢測。完成檢測后，能夠在單片機計算功能的支持下，合理判斷電氣自動化控制系統(tǒng)需要進行停電管理的范圍，從而準確限制電路，一方面達到電氣系統(tǒng)漏電保護的目標，另一方面又能夠合理控制系統(tǒng)停電部分，盡可能降低故障問題對正常生產活動的影響。

3 單片機在風機系統(tǒng)中的應用

通風機是煤礦生產中的重要機電設備，煤礦井下作業(yè)必須要配備通風機實現(xiàn)井下作業(yè)環(huán)境的氣流交換，從而確保作業(yè)人員的有氧呼吸。井下作業(yè)的危險性較高，因而必須要確保通風機的正常運行，隨著煤礦開采深度的提高，通風換氣需要面對更大的壓力，對通風機功率的要求也隨之增加，針對于此，通風機需要根據(jù)礦井的深度進行通風量的調節(jié)，隨著礦井深度的增加提高通風能力，避免同一風量造成的供氧不足或者是通風量過大造成的能源浪費[1]。而傳統(tǒng)的煤礦風機系統(tǒng)，往往都是采用恒速控制系統(tǒng)，使得風機系統(tǒng)對于空氣的輸送始終不變，這與實際情況的煤礦通風要求不符。而在煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)中，將單片機應用于風機控制系統(tǒng)中，以實現(xiàn)通風量的自動調節(jié)，從而使礦井不同深度條件下的作業(yè)人員都可以擁有充足的氧氣，于此同時也可以避免淺層礦井供風量過大所導致的能源浪費等情況，在確保井下作業(yè)人員安全性的基礎上降低煤礦生產成本。

4 單片機在井下環(huán)境監(jiān)控中的應用

通過單片機和信息管理技術的結合應用可以對煤礦的一氧化碳濃度、瓦斯?jié)舛取L速、溫度以及氣壓等的狀態(tài)進行遠程的動態(tài)監(jiān)控和管理，當甲烷或一氧化碳等的濃度超標時會進行報警，并采取斷電以及甲烷風電閉鎖等控制措施，還可以將安全問題以及控制狀況等數(shù)據(jù)上傳到總部[2]。同時，由于單片機的成本較低，體積較小，使其能夠廣泛應用于復雜的煤礦巷道中，從而提高煤礦生產的安全性。實踐證明，利用單片機實現(xiàn)井下環(huán)境的檢查，能夠及時獲得各種反應井下安全狀況的要素信息，從而為地面控制中心實現(xiàn)對于煤礦安全生產的有效監(jiān)管，一方面能夠有效提高安全監(jiān)控的范圍，另一方面也能夠有效提高監(jiān)控效率。

5 單片機在煤礦提升機之中的應用

提升機的工作狀況直接關系著煤礦的生產效率，提升機也是保障作業(yè)人員人身安全的重要設備。在單片機應用于提升機之前，煤礦企業(yè)往往都是在煤礦提升機電動機轉子電路內利用金屬電阻實現(xiàn)對提升機的調速和控制，但是金屬電阻存在調速反應時間較長且能量消耗過高的問題，也會增加煤礦生產的安全隱患。而利用單片機0配合提升機控制PLC系統(tǒng)，可以有效實現(xiàn)對提升機的數(shù)字化控制。在這一控制系統(tǒng)中，將以單片機編程為基礎的變頻防爆提升機和交流四象限變頻調速系統(tǒng)的配合是自動化控制的實現(xiàn)基礎，輸入、輸出接口的存在使得操作人員可以對提升機進行遠程控制，在確保提升機人員和物料輸送工作成效的同時，自動化的控制可以避免人為誤差造成的安全事故，提高作業(yè)人員輸送的安全性[3]。

6 結語

目前，單片機已經(jīng)被廣泛運用于我國煤礦電氣自動化生產中的方方面面，包括漏電保護、風機系統(tǒng)控制、井下環(huán)境監(jiān)控、井下提升機控制等，使得煤礦生產活動的開展變得更加安全高效。因此，要重視單片機的控制原理與實際應用，不斷探討在煤礦自動化生產中的合理應用，促進我國煤炭企業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展。

[1]閔濤.基于單片機的煤礦井下環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設計[J].電子世界，2016（13）：61-62.

[2]童世華.基于單片機的煤礦瓦斯檢測傳感報警器的設計[J].科技創(chuàng)新與應用，2016（36）：77-78

[3]謝婭婭.淺談單片機在煤礦井下低壓饋電系統(tǒng)中的應用[J].煤炭技術，2016（4）：253-255.