單片機(jī)在煤礦電氣自動化控制技術(shù)中的應(yīng)用分析

石慶+++陳博洲+++黃泓

摘 要：我國煤礦事業(yè)穩(wěn)步發(fā)展環(huán)境下，對煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計也提出更高要求。然而從傳統(tǒng)控制系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀看，存在較多如漏電保護(hù)、運行監(jiān)控難以實現(xiàn)的弊病，極大程度上制約電子自動化控制技術(shù)優(yōu)勢的實現(xiàn)。實踐研究發(fā)現(xiàn)，自動化控制系統(tǒng)中單片機(jī)的應(yīng)用，對提高自動化控制系統(tǒng)應(yīng)用效果可發(fā)揮重要作用。文章將對煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)設(shè)計相關(guān)要求、單片機(jī)的應(yīng)用以及系統(tǒng)設(shè)計相關(guān)建議進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；煤礦；電氣自動化控制；應(yīng)用

前言

作為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展重要產(chǎn)業(yè)之一，煤炭經(jīng)濟(jì)對能源安全、社會穩(wěn)定等多方面有明顯影響，這就要求引入計算機(jī)集成制造系統(tǒng)，使煤炭生產(chǎn)與發(fā)展得到保證。但計算機(jī)集成制造系統(tǒng)優(yōu)勢的發(fā)揮，關(guān)鍵又在于單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用。因此，本文對煤礦電氣自動化控制技術(shù)中單片機(jī)的應(yīng)用分析，具有十分重要的意義。

1 煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)相關(guān)概述

1.1 自動化控制技術(shù)內(nèi)涵

關(guān)于煤礦電氣控制技術(shù)，其主要將電氣控制系統(tǒng)作為主導(dǎo)，輔以動力傳動裝置，使煤礦工業(yè)生產(chǎn)達(dá)到自動化要求。相比傳統(tǒng)僅依托于硬接線繼電器邏輯控制系統(tǒng)，自動化控制技術(shù)更注重將多種先進(jìn)技術(shù)成果融入，包括網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、智能技術(shù)、自動控制技術(shù)以及計算機(jī)技術(shù)等。同時，現(xiàn)代電氣工程自動化技術(shù)中，不僅強(qiáng)調(diào)在操作方面自動化，且要求對所有執(zhí)行元件的運行過程進(jìn)行監(jiān)督控制，一旦發(fā)現(xiàn)異?？稍谧疃虝r間內(nèi)處理，技術(shù)優(yōu)勢極為明顯。

1.2 自動化系統(tǒng)設(shè)計要求

電子自動化控制技術(shù)引入到煤礦生產(chǎn)領(lǐng)域中，對控制系統(tǒng)設(shè)計要求較多。具體要求包括：（1）防爆設(shè)備選用，如增安型“e”、復(fù)合型“de”，該類電氣設(shè)備在防護(hù)能力上較強(qiáng)，且需注意電氣設(shè)備選型上防爆要求應(yīng)考慮到氣體、粉塵雙重防爆；（2）電纜、導(dǎo)線要求，如電纜方面應(yīng)避免出現(xiàn)被刺、被擠壓或浸泡于水中等情況，且導(dǎo)線要求毛刺，連接牢固；（3）保護(hù)裝置設(shè)置，主要考慮TN-C-S接地系統(tǒng)的設(shè)計，僅需保證接地引線設(shè)計合理性，便可在接地系統(tǒng)方面選擇TN-C-S系統(tǒng)；（4）漏電保護(hù)裝置，如將機(jī)械閉鎖裝置設(shè)置于電氣設(shè)備蓋子、外殼間，且電纜接頭、電氣元件以及帶電導(dǎo)體等等需在外殼內(nèi)封閉，這樣可避免帶電檢修中觸電事故的發(fā)生；（5）安全監(jiān)控系統(tǒng)的引入，系統(tǒng)運行中如環(huán)境中的溫濕度、負(fù)壓、風(fēng)速以及氣體濃度，都會使系統(tǒng)運行受到影響，要求在安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計上強(qiáng)化，及時發(fā)現(xiàn)異常并解決[1]。

2 煤礦自動化技術(shù)中單片機(jī)的應(yīng)用分析

單片機(jī)的應(yīng)用近年來日趨廣泛，其作用主要表現(xiàn)在監(jiān)控與保護(hù)電氣設(shè)備方面，應(yīng)用遠(yuǎn)離表現(xiàn)為傳送電壓信號時，經(jīng)CPU轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，最后由計算機(jī)處理分析，在此基礎(chǔ)上以總線緩沖驅(qū)動器做閉鎖信號的設(shè)定，達(dá)到信號閉鎖目的。將其應(yīng)用于煤礦電氣自動化控制技術(shù)中，主要體現(xiàn)在漏電保護(hù)、運行監(jiān)控以及調(diào)度改造等方面。

2.1 漏電保護(hù)

作為煤礦井下安全供電要求之一，低壓漏電保護(hù)目的在于防止觸電傷亡事故發(fā)生。從當(dāng)前低壓漏電保護(hù)的實現(xiàn)看，其原理主要表現(xiàn)為將絕緣電阻控制到一定數(shù)值，使繼電器保持運作，這樣電源將被總饋電開關(guān)切斷，同時，在電容電流補償方面借助零序電抗器實現(xiàn)。盡管漏電保護(hù)初衷較好，但由于主要以分立元件為主，可靠性難以保證，尤其帶負(fù)荷載荷閘方面有誤動作出現(xiàn)。此時將單片機(jī)引入其中，其本身有擊落判斷功能，合閘時可直接將檢漏回路閉鎖。同時，單片機(jī)應(yīng)用下，其與零序電流方向相結(jié)合，當(dāng)零序電流完成絕緣檢測后，單片機(jī)運算功能以及邏輯判斷功能便可發(fā)揮出來，這樣在工作電阻值不受影響下，停電范圍將得以縮小[2]。

2.2 運行監(jiān)控

煤礦生產(chǎn)活動中，在用電量統(tǒng)計方面多由操作人員實現(xiàn)，這種方式下不僅難以在用電量上進(jìn)行控制，且人員工作強(qiáng)度高。此時便需考慮將智能電度表引入其中，該裝置優(yōu)勢表現(xiàn)為可分時累計用電量，且將日總用電量、日低后期用電量、高峰期用電量以及最高負(fù)荷等打印出來。當(dāng)用電達(dá)到高峰超負(fù)荷狀態(tài)，系統(tǒng)會發(fā)出報警，由調(diào)度室適時做好處理工作。而其中的智能電度表，在構(gòu)成上主要以傳感器、單片機(jī)以及外圍設(shè)備等為主，或直接采用微型機(jī)構(gòu)、單片機(jī)檢測組成。另外，從監(jiān)控系統(tǒng)方面看，傳統(tǒng)井下環(huán)境監(jiān)控中，檢測裝置大多以手持直讀式類型為主，間隔內(nèi)的變化難以識別。假若兩次測量間隔中，瓦斯不斷聚集，可能引起爆炸。而將檢測系統(tǒng)應(yīng)用其中，通過實時檢測礦井環(huán)境參數(shù)，有助于礦井安全的提高，且針對可能存在風(fēng)險提前預(yù)警[3]。

2.3 調(diào)度改造

自動化控制系統(tǒng)中單片機(jī)的調(diào)度主要體現(xiàn)在電動機(jī)調(diào)度、滾筒采煤機(jī)電動方面。以井下電動機(jī)調(diào)度系統(tǒng)為例，其被賦予較多功能，如信號燈指示、電機(jī)車全盤調(diào)度、電機(jī)車位置跟蹤。這樣整個系統(tǒng)運行中，可利用可編程序?qū)φ{(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行控制，其優(yōu)勢在于控制裝置體積小、功能性與靈活性強(qiáng)大。另外，在滾筒采煤機(jī)調(diào)度系統(tǒng)方面，其應(yīng)用中主要考慮煤層厚度不同，采煤過程中需對采煤機(jī)進(jìn)行調(diào)整，傳統(tǒng)人工調(diào)整方式應(yīng)用下，一旦遇到開采山頂煤情況，調(diào)整較為困難，這樣采煤機(jī)容易受損，而滾筒采煤機(jī)中，以單片機(jī)作為系統(tǒng)重要構(gòu)成部分，其可對采煤機(jī)驅(qū)動電機(jī)情況進(jìn)行測定，如定子電流數(shù)值，以此為依據(jù)進(jìn)行負(fù)荷變化情況的測定，一旦負(fù)荷值過大，單片機(jī)便會將控制量輸出，調(diào)整采煤機(jī)高度。除此之外，在技術(shù)改造層面，以礦井提升機(jī)為例，原有的技術(shù)更注重采用調(diào)整繞線式交流電動機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻方法，控制線路較為復(fù)雜。對此，將單片機(jī)引入其中做技術(shù)改造，可測量電流、速度等。這樣控制系統(tǒng)運行中，單片機(jī)可通過測量電流或速度，得到實際負(fù)載，以此為依據(jù)控制負(fù)載，可解決頻繁調(diào)整繼電器動作值、啟動電阻被燒壞等問題[4]。

3 煤礦電氣自動化系統(tǒng)設(shè)計相關(guān)建議

3.1 明確系統(tǒng)功能

盡管煤礦電氣自動化系統(tǒng)設(shè)計中，單片機(jī)的應(yīng)用優(yōu)勢較為明顯，但仍需注意電氣控制系統(tǒng)在設(shè)計中應(yīng)滿足較多功能。如自動控制功能，一旦有設(shè)備發(fā)生故障，要求系統(tǒng)可自動控制供電設(shè)備。再如保護(hù)功能，主要考慮到線路、設(shè)備運行中，電流超出實際允許范圍，此時需利用保護(hù)設(shè)備進(jìn)行自動調(diào)整。

3.2 數(shù)據(jù)模塊設(shè)計

數(shù)據(jù)模塊設(shè)計，主要以采集模塊、傳輸模塊為主。其中采集模塊在功能上應(yīng)滿足做好電能量數(shù)據(jù)、數(shù)字量數(shù)據(jù)、模擬量數(shù)據(jù)的記錄，向上層應(yīng)用系統(tǒng)中傳輸信號，經(jīng)過信號的轉(zhuǎn)換與識別，達(dá)到通信目的。而在通信模塊方面，當(dāng)通信模塊中有數(shù)據(jù)輸入時，模塊可做好分類打包數(shù)據(jù)工作，在此基礎(chǔ)上完成傳輸、數(shù)據(jù)解析過程[5]。

4 結(jié)束語

單片機(jī)的應(yīng)用為煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)設(shè)計提供技術(shù)保障。實際設(shè)計中應(yīng)正確認(rèn)識系統(tǒng)設(shè)計要求，從漏電保護(hù)、運行監(jiān)控、調(diào)度改造等多方面強(qiáng)化單片機(jī)的應(yīng)用。同時注意單片機(jī)應(yīng)用下，系統(tǒng)設(shè)計還需在其他功能要求上得到滿足，且保證數(shù)據(jù)模塊設(shè)計的合理性，以此使系統(tǒng)運行更加可靠。

參考文獻(xiàn)

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