老礦井水泵控制改造一例

林 森

（淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院 計(jì)算機(jī)系，安徽 淮北 235000）

1 引言

淮北礦業(yè)集團(tuán)的老礦井大多始建于上世紀(jì)六七十年代，許多設(shè)備老化、技術(shù)落后。該集團(tuán)公司近期通過(guò)運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)對(duì)老礦井海孜煤礦的井下水泵房進(jìn)行了技術(shù)改造，經(jīng)過(guò)半年多的運(yùn)行，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)穩(wěn)定。其不但實(shí)現(xiàn)了煤礦井下水泵的自動(dòng)調(diào)度運(yùn)行，而且使得水泵運(yùn)行中的各項(xiàng)參數(shù)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享，大大減輕了現(xiàn)場(chǎng)工作負(fù)荷，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

在此項(xiàng)技術(shù)改造中我們考慮了兩種常見(jiàn)的水位控制方法，一種是主要由單片機(jī)監(jiān)控實(shí)現(xiàn)，另一種是由電子器件組成的比較器控制電路實(shí)現(xiàn)。相對(duì)而言，單片機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要復(fù)雜一些，不但需要硬件接口的物理連接，還需軟件上給予支持。其盡管外圍電路比較復(fù)雜，但人機(jī)交互界面友好，功能上也比較強(qiáng)大，便于過(guò)程控制，而且控制精度高、能夠方便地與計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。而由比較控制器組成的電子線路雖然比較成熟，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)需軟件支持，但是調(diào)試復(fù)雜、難以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

通過(guò)綜合比較，我們決定采用單片機(jī)控制技術(shù)，盡管其成本略高，但在礦井整體綜合自動(dòng)控制方面較為有利。

2 井下水泵控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理

該礦排水系統(tǒng)采用典型的冗余設(shè)計(jì)：三臺(tái)主水泵，平時(shí)一臺(tái)工作、一臺(tái)備用、一臺(tái)檢修。在平時(shí)涌水量小或旱季，只用一臺(tái)水泵工作，雨季涌水量大時(shí)兩臺(tái)水泵同時(shí)投入。眾所周知，對(duì)于煤礦排水系統(tǒng)水倉(cāng)而言，不管是旱季還是雨季，水位都必須控制在一定的范圍內(nèi)，水位過(guò)低將使水泵吸空，嚴(yán)重時(shí)將造成水泵損壞；排水不及時(shí)將造成水位過(guò)高影響生產(chǎn)。

一般液位控制的工作流程原理為：通過(guò)液位檢測(cè)機(jī)構(gòu)將得到的液位信號(hào)經(jīng)變換電路轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，再經(jīng)濾波、放大、A／D模數(shù)轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)處理，并將其與設(shè)定值比較，單片機(jī)將比較結(jié)果輸出的數(shù)字量經(jīng)過(guò)D／A數(shù)模轉(zhuǎn)換后再由電動(dòng)機(jī)構(gòu)執(zhí)行?？刂葡到y(tǒng)采用較為典型的閉環(huán)控制方式。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際要求，系統(tǒng)中引入了計(jì)算機(jī)通信模塊。具體結(jié)構(gòu)如下：

圖1 硬件模塊結(jié)構(gòu)

3 硬件模塊設(shè)計(jì)

硬件的設(shè)計(jì)采用模塊化方法原理設(shè)計(jì)。按照功能的不同由下圖模塊組成：

圖2 硬件模塊及功能

首先輸入輸出模塊分為電流／電壓轉(zhuǎn)換電路、A／D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、人機(jī)交互模塊即鍵盤和顯示驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)：

電流／電壓轉(zhuǎn)換電路用于放大浮球式水位檢測(cè)器的信號(hào)，經(jīng)過(guò)A1458芯片及外圍電路組成的多級(jí)可調(diào)放大器放大。A／D模數(shù)芯片采用通用的的AD7711ARZ芯片。

單片機(jī)通過(guò)P1．0口反復(fù)查詢BUSY狀態(tài)：

若SY＝1，則表示AD7711ARZ完成一次轉(zhuǎn)換。通過(guò)單片機(jī)兩次讀取，將數(shù)據(jù)讀入。

當(dāng)R／C＝1，CS＝0，BY12＝0時(shí)，讀取高4位；

在R／C＝1，CS＝0，BY12＝1時(shí)，讀取低4位；讀取完成后，單片機(jī)將R／C、CS、BUSY置低電平，以備下一次轉(zhuǎn)換。

人機(jī)交互電路接口芯片HD7279的顯示數(shù)據(jù)輸出端兩個(gè)口分別跟兩個(gè)譯碼器的輸入端相連。面板上的數(shù)字由鍵盤按現(xiàn)場(chǎng)需要進(jìn)行設(shè)定。例如：按下設(shè)定鍵，1—4位數(shù)碼管熄滅，表示該正在等待設(shè)定；若按一次“＋”鍵，水位顯示的數(shù)值加一，滿10自動(dòng)進(jìn)位；按“－”鍵則相反，減數(shù)不夠則自動(dòng)借位。輸入錯(cuò)誤可以用“復(fù)位”按鈕恢復(fù)到原來(lái)初始狀態(tài)。設(shè)定完成后，同時(shí)按下“模式”和“復(fù)位”按鈕確認(rèn)，此時(shí)系統(tǒng)進(jìn)入主程序。

采用發(fā)送、接收控制芯片RS232作為通信電路，由RS232C數(shù)據(jù)線和MAX232芯片同時(shí)將單片機(jī)輸出的TTL電平與PC機(jī)能接收的232電平進(jìn)行互譯，組成最簡(jiǎn)基本通信電路。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4．1 流程設(shè)計(jì)

所需要的數(shù)據(jù)由鍵盤輸入并保存在R1中，同時(shí)水位所在的高度保存在ACC中，通過(guò)比較寄存器中R1和R2的數(shù)據(jù)判定上位機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)還是下位機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而確定是否停止／開(kāi)啟水泵：

若R1＞R2時(shí)則開(kāi)啟水泵幷延時(shí)；

若R1＜R2時(shí)則關(guān)閉水泵幷延時(shí)；

若R1＝R2則直接進(jìn)入延時(shí)程序。

延時(shí)后重新讀取液位并鍵盤掃描。主程序流程如下：

圖3 程序流程

通過(guò)鍵盤的掃描可以確認(rèn)按鍵有否按下：

首先程序通過(guò)延時(shí)再掃描的方法判定是否因干擾而造成的誤按。如果有鍵按下則根據(jù)不同的鍵號(hào)確定輸入的數(shù)據(jù)，然后釋放按鍵，返回主程序。

4．2 主程序

A／D模數(shù)轉(zhuǎn)換初始化：

mov R0，＃0A0H；數(shù)據(jù)放入暫存區(qū)首址

mov R2，＃08H；計(jì)數(shù)置初值

setb IT1；置脈沖觸發(fā)器

Setb EA；CPU 開(kāi)中斷

Mov dptr，＃FEF8H；設(shè)置首地址標(biāo)志

Movx＠dptr，A；觸發(fā)A／D模數(shù)轉(zhuǎn)換

here：sjmp here；等待中斷

中斷服務(wù)程序：

movx A，＠dptr；讀取數(shù)據(jù)

movx＠R0，A；存放數(shù)據(jù)

inc dptr；下一通道

inc R0；更新暫存單元

movx＠dptr，A；觸發(fā)A／D轉(zhuǎn)換器

djzn R2，BACK；檢測(cè)終了？

中斷返回：

clr EA；終了，關(guān)中斷

BACK：RETI

主程序代碼：

org 0000H

ajmp loop

org 0100H

loop：acall key；鍵盤掃描

mov R2，P1；P1的數(shù)據(jù)導(dǎo)入acc

cjz R2，R1，H0；當(dāng)acc＝R跳轉(zhuǎn)到 H0

jc H1；當(dāng)acc＜R跳轉(zhuǎn)到H1

set P3．5；當(dāng)acc＞R開(kāi)泵

jm H0

H1：SET P3．4；當(dāng)acc＞R停泵

jm H0

H0：acall delay

jm loop主程序代碼：

org 0000H

ajmp loop

org 0100H

loop：acall key；鍵盤掃描

mov R2，P1；P1的數(shù)據(jù)傳入acc

cjz R2，R1，H0；當(dāng)acc＝R時(shí)跳轉(zhuǎn)到 H0

jc H1；當(dāng)acc＜R時(shí)跳轉(zhuǎn)到H1

set P3．5；當(dāng)acc＞R時(shí)開(kāi)泵

jm H0

H1：SET P3．4；當(dāng)acc＞R時(shí)停泵

jm H0

H0：acall delay

jm loop

5 結(jié)論

長(zhǎng)期以來(lái)老礦井的技術(shù)改造是煤礦生產(chǎn)的一個(gè)難題。通過(guò)此次技術(shù)改造，我們不但提高了老礦井能源的利用率，而且也為老礦井的自動(dòng)化改造探索出了新的途徑。

［1］張大明．單片微機(jī)控制應(yīng)用技術(shù)［M］．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006．

［2］顧永輝．煤礦電工手冊(cè)：第3版［M］．北京：煤炭工業(yè)出版社，2013．

［3］彭伯平．礦井排水泵工［M］．北京：中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2007．

［4］李明河．可編程控制器原理及應(yīng)用［M］．合肥：合肥工業(yè)大學(xué)出版社，2009．