煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)設(shè)計*

毛艷青

(同煤集團忻州窯礦綜采三隊，山西大同 037021)

0 引言

煤礦產(chǎn)業(yè)與我國的經(jīng)濟發(fā)展和人們的日常生活息息相關(guān)，只有保證煤礦生產(chǎn)的效率和質(zhì)量，才能為產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供充足的能源，確保人們正常的生活秩序。煤礦電氣的自動化控制能夠在我國現(xiàn)有的煤礦生產(chǎn)水平上進一步提升煤礦生產(chǎn)的效率，促進煤礦產(chǎn)業(yè)的升級和發(fā)展。筆者從我國當(dāng)前煤礦電氣控制技術(shù)中存在的問題入手，探討了實現(xiàn)煤礦電氣自動化控制的途徑。

1 單片機電氣自動化控制系統(tǒng)在煤礦開采中的應(yīng)用

在煤礦的電氣自動化控制系統(tǒng)中最核心的組成部分就是單片機。電氣設(shè)備中單片機的選擇需要根據(jù)采煤作業(yè)的環(huán)境、生產(chǎn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)功能等進行綜合的考慮。在單片機的選擇中，首先需要考慮的是作業(yè)的環(huán)境。在進行單片機的選取前，首先要對采煤作業(yè)的環(huán)境進行充分的考察，并做好環(huán)境的分析和記錄，保證最終選擇的單片機能夠在實際作業(yè)環(huán)境中充分發(fā)揮自身的功能。在使用單片機的過程中要做好防水工作。在有水的環(huán)境下，單片機會發(fā)生漏電的現(xiàn)象，因此必須對單片機采取防水措施。在井下作業(yè)的煤礦中，一般會采用PIC單片機。這種單片機就具有良好的防水性能。并且當(dāng)單片機在出現(xiàn)漏電的現(xiàn)象時，還能啟動自動保護裝置，確保在單片機故障的狀況下，電氣設(shè)備中的其他部件仍能夠正常運行。此外，這種單片機還具有應(yīng)用范圍廣、能源消耗量低、抗干擾能力強的特點［1］。

單片機在電氣設(shè)備中主要起到了對系統(tǒng)中的其他部件進行保護的作用。它可以對電氣設(shè)備中的電信號進行檢測，并將電信號轉(zhuǎn)化為有效的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)街醒胩幚砥髦?。中央處理器在收到信號后會根?jù)信號的內(nèi)容給出相應(yīng)的指令，實現(xiàn)對電氣設(shè)備的綜合管理。組成單片機的硬件設(shè)備包括電源、存儲器、信號傳輸器、中央處理器、通信器等。這些設(shè)備共同組成了單片機的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其中任何一個設(shè)備的故障都會導(dǎo)致單片機的功能障礙。

在煤礦電氣設(shè)備中，單片機主要應(yīng)用于漏電保護裝置和風(fēng)機系統(tǒng)內(nèi)。在煤礦電氣設(shè)備的工作過程中，電阻阻值會由于各種原因發(fā)生阻值下降的現(xiàn)象。電阻在電路中起到了絕緣的作用，一旦阻值下降后就會導(dǎo)致繼電器停止工作。單片機在感應(yīng)到故障后，就會向中央處理器發(fā)出信號，中央處理器給出相應(yīng)的指令命令總開關(guān)將電力切斷。電氣設(shè)備在運行過程中執(zhí)行的指令都是由中央處理器發(fā)出的，計算機會對中央處理器發(fā)出的指令進行一定的處理，并將信號顯示在顯示屏上。有時，需要對一些信息進行封鎖才能保證設(shè)備的正常運行。原始的電壓信號一般都在0．5 V左右，只有在經(jīng)過放大后才能被中央處理器所接收。當(dāng)系統(tǒng)處于斷電的狀態(tài)后就可以對設(shè)備內(nèi)部的各個部分進行全面的檢查，及時排除設(shè)備中的故障。在這個過程中，電氣設(shè)備中的漏電保護設(shè)備一直處于運行的狀態(tài)中，并產(chǎn)生了較大的電流，會對系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性產(chǎn)生一定的影響。這時就需要有效應(yīng)用單片機的計算能力，對系統(tǒng)的各個部分進行檢測。

風(fēng)機是煤礦生產(chǎn)過程中必不可少的設(shè)備之一，對控制礦井內(nèi)部溫度，確保生產(chǎn)安全都具有重要意義。但一般礦井中，風(fēng)機的通風(fēng)速率都是統(tǒng)一控制的，無法根據(jù)實際的情況進行調(diào)整。單片機的應(yīng)用有效的解決了這一問題［2］。它能實現(xiàn)對風(fēng)機風(fēng)速的實時調(diào)節(jié)，并且用軟件控制方式代替了傳統(tǒng)的邏輯電路控制方式，有效的提高了控制的效率及企業(yè)的經(jīng)濟效益。

2 煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)的改造和創(chuàng)新

2．1 優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)備

控制設(shè)備承擔(dān)著最為基本的調(diào)控作用，設(shè)備的運行效率將會對系統(tǒng)整體的工作效率產(chǎn)生極大的影響。為了保證煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)的工作效率，就必須做好設(shè)備的更新和優(yōu)化。首先在設(shè)備的選取前，必須對控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)置和設(shè)計要求進行明確。例如，有些設(shè)備在煤礦開采的過程中僅僅起到檢測礦井內(nèi)部瓦斯?jié)舛鹊淖饔?，在選取設(shè)備時便只需考慮這一個因素即可。但有些設(shè)備還起到了檢測礦井內(nèi)部水位變化的作用，在微機設(shè)備的選擇上就要關(guān)注設(shè)備水位感應(yīng)能力。

PIC設(shè)備日后的發(fā)展將會向著綜合控制的方向深入，從而在礦井生產(chǎn)作業(yè)中起到更好的控制和協(xié)調(diào)作用。我國當(dāng)前對電氣設(shè)備的自動化控制技術(shù)的研究更多的是集中在編程工具的研制上。編程系統(tǒng)是當(dāng)前煤礦電氣設(shè)備中的主要控制結(jié)構(gòu)，一般包括中央處理系統(tǒng)、圖像處理系統(tǒng)、計算機等幾個部分。在傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)中，一般采用手動編程的方式，但這種方式的效率較低，因此現(xiàn)在采用計算機編程的方式代替了手動編程［3］。

2．2 創(chuàng)新優(yōu)化系統(tǒng)軟件

在電氣設(shè)備的自動化控制系統(tǒng)中，真正起到控制作用的是系統(tǒng)軟件。因此，要提高煤礦電氣的自動化控制技術(shù)，首要的任務(wù)是升級優(yōu)化系統(tǒng)軟件。在進行系統(tǒng)軟件的優(yōu)化時必須結(jié)合系統(tǒng)原本的特點，并將優(yōu)化的重點放在PIC系統(tǒng)上。在完成軟件的更新后，還需要進行后期的調(diào)整和校對，從而確保更新后的軟件系統(tǒng)能盡快的與設(shè)備的功能相適應(yīng)。

2．3 創(chuàng)新優(yōu)化系統(tǒng)硬件

煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)中的硬件設(shè)備主要是輸入電路和輸出電路兩個部分。在進行輸入電路的改造時應(yīng)當(dāng)考慮到電壓的范圍以及環(huán)境因素的影響。一般的電路對于電壓的大小通常都有一定的限制，必須將PIC電路中的電壓控制在正常的范圍內(nèi)才能保證電路的安全性。其次，煤礦生產(chǎn)的環(huán)境通常較為惡劣，并且容易受到多種環(huán)境因素的干擾。作業(yè)人員必須對環(huán)境因素做好合理的控制，才能將環(huán)境的影響控制在合理的限度內(nèi)。電路的優(yōu)化通常通過隔離變壓器和濾波器來實現(xiàn)。在電路優(yōu)化的過程中，為了保證電路的安全性，必須控制電壓在24 V以下。在對電路的負載進行調(diào)節(jié)時則需要考慮到電源自身的承載能力［4］。

對輸出電路的優(yōu)化主要集中在指示裝置及輸出方式的調(diào)整上。為了確保輸出信息的準(zhǔn)確性和高效性，可以對電路采取一定的繼電器保護，從整體上提高電路的反應(yīng)速率。在繼電器的選擇上應(yīng)當(dāng)考慮到電路的結(jié)構(gòu)層次設(shè)計，保證繼電器的抗干擾能力和承載能力。在輸出電路中若存在電磁線圈，則需要對內(nèi)部芯片進行保護，主要原因是當(dāng)電磁線圈故障引起電路短路時會對芯片造成一定的損傷。為了防止這一現(xiàn)象的發(fā)生，通?？梢圆捎迷陔娐分胁⒙?lián)上一個二極管的方式來解決，這樣就能減小短路時產(chǎn)生的電流，對PIC芯片進行一定的保護。

3 結(jié)語

煤礦產(chǎn)業(yè)在未來較長一段時間內(nèi)仍會是我國的支柱產(chǎn)業(yè)之一，而隨著產(chǎn)業(yè)規(guī)模的不斷擴大，實現(xiàn)煤礦電氣的自動化管理將成為一種必然的趨勢。煤礦電氣設(shè)備的自動化控制系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)當(dāng)從系統(tǒng)元件、軟件系統(tǒng)、硬件系統(tǒng)等方面進行完善和升級。在系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)上，PIC系統(tǒng)是自動控制系統(tǒng)中的核心部分，對于系統(tǒng)的運算和編程速度都會產(chǎn)生極大的影響，在自動化技術(shù)的研究中也應(yīng)將PIC技術(shù)的發(fā)展作為重點。除此之外，輸入電路、輸出電路、內(nèi)部構(gòu)件等也需要研究人員更多的關(guān)注和重視。

［1］ 陸超君．淺談電氣自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計要點［J］．商品與質(zhì)量－科學(xué)理論，2011(4):45－47．

［2］ 劉 瑋．電氣自動化控制系統(tǒng)的應(yīng)用研究［J］．中國房地產(chǎn)業(yè)，2011(10):20－23．

［3］ 張自友．單片機在煤礦電氣自動化中的應(yīng)用［J］．煤炭技術(shù)，2012(7):14－16．

［4］ 彭 里．電氣自動化在我國煤礦的發(fā)展現(xiàn)狀及未來展望［J］．科學(xué)之友，2011(17):34－36．