單片機在綜采工作面電氣控制系統中的應用

張志忠

（陽泉煤業集團三礦， 山西 陽泉 045000）

引言

近年來，隨著計算機控制技術的不斷發展和應用，越來越多的新型控制算法出現在煤礦綜采工作面中，從而使得煤礦綜采工作面對機械設備的控制系統也從傳統單一的觸點繼電器控制系統發展為當前的自動化控制系統。煤礦綜采工作面電氣控制系統是保證煤礦自動化生產的基礎[1]。另外，除了新型算法在煤礦綜采工作面電氣控制系統的引入外，也有單片機和PLC控制器被應用到綜采工作面電氣控制系統中。其中，單片機在綜采工作面電氣控制系統中的應用從一定程度上提高了煤炭生產的安全性。

1 煤礦綜采工作面電氣控制系統設計要求

為了保證煤礦綜采工作面電氣控制系統能夠在工作面惡劣的環境中發揮其精確、快速的控制效果，工作面電氣控制系統的設計需遵循以下原則：

1）在選用工作面的電氣設備時，始終選擇防爆性和防塵性優越的電氣設備，保證電氣設備對瓦斯和粉塵的雙重防爆特性；

2）電氣設備運行過程中盡量避免被水浸泡。在電氣設備安裝完成后，需對整套電氣設備進行檢查，保證其導線連接處不存在漏電的情況。為了保險起見，一般的電氣設備均安裝有漏電保護系統。該系統將電氣設備的導線和導線之間的接頭與外界隔離開，并保證設備運行期間，漏電保護系統處于關閉狀態；

3）電氣爆炸是引起煤礦事故的重要因素之一，為此國家對電氣設備安全出臺了一系列的規章制度[3]。因此，電氣系統設計時嚴格遵守國家對電氣設備的規范和要求。

2 單片機控制流程分析

單片機是類似于PLC的一種控制器。單片機應用于煤礦綜采工作面電氣控制系統的主要功能是實現對井下電氣設備的監測和控制。單片機在電氣控制系統中的工作流程為：通過對綜采設備工作狀態的信號采集，并將該信號轉換為數據信號，強化后的數字信號進一步轉換為標準值的信號；中央處理器轉換為標準值的信號進行處理分析后，將傳感器采集的最佳信號值顯示于上位機中。總的來說，基于單片機的電氣控制系統在對模擬量、數字量數據采集后，并可以集中對電壓和功率信號進行處理。一般的，單片機主要采用多通道數據傳輸方式，傳輸流程圖如圖1所示：

圖1 單片機多通道通信流程圖

3 單片機的確定選型

煤礦綜采工作面電氣控制系統所采用的單片機應根據以下兩條原則對眾多型號和品牌的單片機進行分類。首先，單片機的選型應充分考慮不同信號單片機的特性，工作面工作環境的復雜、差異性較大。因此，綜采工作面電氣控制器應選擇PIC類型的單片機。主要由于該類型的單片機具有防水、防爆的功能，而且其使用過程中耗能較少，不需要其它輔助設備與之配合[4]；其次，考慮到煤礦綜采工作面實際的生產需求，必須有高效的單片機控制系統提高工作面設備的工作效率，進而提高煤的產量。

總之，煤礦綜采工作面應采用適用性強、綠色節能、高效的PIC單片機控制器。

4 單片機在電氣控制系統中的應用

4.1 單片機在工作面監控系統中的應用

單片機作為對工作面各技術指標信息收集的組成部分之一，其功能是對采集到的數據傳輸到中央處理器中對其進行分析，以確定當前工作狀態是否安全，并根據分析結果發出相應的指令，以保證工作面安全、穩定的運行[5]。針對綜采工作面溫度、瓦斯濃度以及二氧化碳含量的監控為例，基于以傳感器參數和煤礦安全生產參數為依據對單片機進行設置，進而實現了對工作面溫度、瓦斯以及二氧化碳進行監控和報警。具體檢測流程圖如圖2所示：

圖2 檢測流程圖

4.2 單片機在滾筒采煤機中應用

單片機在滾筒采煤機中的應用主要依據其對滾筒采煤機實時的工作電流進行監控，進而判斷采煤機當前的工作狀態。根據對采煤機工作狀態的判斷從而實現對采煤機的智能調高，并間接的保護了采煤機的驅動電機，從而延長了采煤機的使用壽命。具體工作原理為：由于原煤和巖石的硬度不同，當采煤機滾筒切割到煤或者煤矸石時，其負載電流值不同，單片機根據負載電流值的變化情況實現對采煤機滾筒的智能調高或者降低，從而保護了采煤機的電機。

4.3 單片機在提升機中的應用

目前，我國絕大多數的煤礦通過交流提升機實現煤從井下到地面的運輸。在提升機的實際應用，對提升機的控制精確性往往會受到復雜的電路、繁瑣的調整程序等因素影響。因此，提升機的控制往往是依靠時間、電流雙保險控制相結合。但是，單片機在提升機電氣控制系統的應用從一定程度上解決了這一問題。具體工作原理為：單片機對提升機工作時的電流值和繼電器工作的情況進行檢測，并獲得此時負載的橫加速度，一旦發現檢測到的數據值不在標準值范圍之內，立刻指揮控制系統做出相應動作，即斷開繼電器，從而達到保護繼電器的效果，延長了提升機的使用壽命。

4.4 單片機在通風系統中的應用

通風系統如果持續滿負荷的運行，勢必造成電能的過度損耗。單片機在通風控制系統中應用的最終效果是達到節能減排的目的。具體工作原理為：單片機將采集到通風系統各部分的運行參數傳送到中央處理器中，處理器對當前的工作狀態進行判斷分析后，將執行的命令轉換為信號通過單片機實現對通風系統的控制，實現對通風風機的串級調速和變級調速。單片機在通風系統中的應用主要是實現了對通風設備的信息化控制。

5 結語

近年來，隨著單片機控制技術的不斷發展，使其更加廣泛的應用到煤礦綜采工作面的電氣控制系統中。單片機的應用從一定程度上提升了煤礦綜采設備的使用壽命、提升煤炭開采、運輸的工作效率以及降低煤炭開采過程中的能耗等。因此，應加強對單片機的開發應用，使其促進我國煤炭行業的可持續發展。