基于51單片機(jī)的礦井測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討

馬德明

（甘肅能源化工職業(yè)學(xué)院，甘肅 蘭州 730207）

礦井測控系統(tǒng)作為煤礦開采中的重要組成部分，其運(yùn)行是否可靠直接影響開采效率。盡管近年來各項(xiàng)目活動(dòng)開展中對礦井測控系統(tǒng)給予足夠重視，但因系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，致使系統(tǒng)運(yùn)行故障異常頻發(fā)，所以考慮引入51單片機(jī)，提高礦井測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)效果。因此，本文對51單片機(jī)應(yīng)用于礦井測控系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)分析，具有十分重要的意義。

1 51單片機(jī)基本介紹

關(guān)于51單片機(jī)，其主要指為可對Intel 8031指令系統(tǒng)兼容的所有單片機(jī)，該類單片機(jī)最初為Intel 8004單片機(jī)，在技術(shù)發(fā)展下，逐漸出現(xiàn)AT89系列，成為工業(yè)測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的主要技術(shù)支撐。以目前應(yīng)用較為廣泛的89S51單片機(jī)為例，其有較多優(yōu)勢，如性能較高、ISP在線編程功能、保持33MHz工作頻率、UART串行通道以及兼容性較好等。這些均是該類型單片機(jī)被廣泛用于各領(lǐng)域的主要原因，如礦井測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，可將單片機(jī)引入，對提高系統(tǒng)運(yùn)行效果可發(fā)揮重要作用[1]。

2 基于51單片機(jī)的礦井測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

51單片機(jī)引入礦井測控系統(tǒng)中，其作用表現(xiàn)為多方面，如對系統(tǒng)運(yùn)行的監(jiān)控，且可滿足電氣設(shè)備保護(hù)要求，運(yùn)行原理表現(xiàn)為電壓信號傳輸下，會(huì)在CPU下進(jìn)行轉(zhuǎn)換，通過計(jì)算機(jī)處理分析得到數(shù)字信號，并通過總線緩沖驅(qū)動(dòng)器完成閉鎖信號的設(shè)定，實(shí)現(xiàn)信號閉鎖。本次研究中，選擇礦井測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中51單片機(jī)的應(yīng)用進(jìn)行分析，具體表現(xiàn)為測控系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控、漏電保護(hù)與調(diào)度改造等方面。

（1）系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控。礦井測控系統(tǒng)運(yùn)行中，以往運(yùn)行方式多集中在人員操作層面上，如用電量統(tǒng)計(jì)，人員工作強(qiáng)度較高，且用電量控制極為困難。在此背景下，考慮借助智能電度表，依托其完成高峰期用電量、日總用電量以及累計(jì)用電量統(tǒng)計(jì)。若用電量處于高峰負(fù)荷狀態(tài)，測控系統(tǒng)將做出警報(bào)提示，此時(shí)可由調(diào)度室進(jìn)行處理。對于該種智能電度表，結(jié)構(gòu)主要包括外圍設(shè)備、單片機(jī)與傳感器等，部分電度表在設(shè)計(jì)時(shí)也選用單片機(jī)、微型機(jī)構(gòu)作為組成部分。而對于監(jiān)控系統(tǒng)，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(shí)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(shí)時(shí)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(xiǎn)提前預(yù)警[2]。

（2）漏電保護(hù)設(shè)計(jì)。礦井測控系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，需充分考慮煤礦井下安全供電問題，強(qiáng)化低壓漏電保護(hù)，其目的在于防止觸電傷亡事故發(fā)生。對于低壓漏電保護(hù)，其實(shí)現(xiàn)的原理在于設(shè)定絕緣電阻值，確保繼電器持續(xù)運(yùn)行，異常狀態(tài)下由總饋電開關(guān)將電源切斷，同時(shí)在零序電抗器應(yīng)用下滿足電容電流補(bǔ)償要求。值得注意的是，雖然采用這種漏電保護(hù)方式在預(yù)防故障方面效果較好，但其實(shí)現(xiàn)的方式依托于較多分立元件，各元件可靠性難以保證，如帶負(fù)荷載荷閘，誤動(dòng)作可能性較高。因此，在設(shè)計(jì)中考慮從將單片機(jī)引入其中，其本身有擊落判斷功能，合閘時(shí)可直接將檢漏回路閉鎖。且通過單片機(jī)的應(yīng)用，將根據(jù)零序電流方向，做零序電流絕緣檢測，這樣便能保證充分發(fā)揮單片機(jī)邏輯功能、運(yùn)算功能。這樣在不影響工作電阻值的基礎(chǔ)上，縮小停電范圍。

（3）調(diào)度改造。礦井測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，也可考慮充分發(fā)揮單片機(jī)應(yīng)用下的調(diào)度作用。如其中電動(dòng)機(jī)調(diào)度、滾筒采煤機(jī)電動(dòng)方面，對于井下電動(dòng)機(jī)調(diào)度系統(tǒng)，其有較多功能，包括電機(jī)車全盤調(diào)度、信號燈指示、電機(jī)車位置跟蹤。引入單片機(jī)，使系統(tǒng)運(yùn)行中通過可編程序?qū)φ{(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行控制，可滿足控制要求，且有較高的靈活性特點(diǎn)。再如滾筒采煤機(jī)調(diào)度系統(tǒng)，以往系統(tǒng)運(yùn)行中，多依托于人工調(diào)整礦井方式，若環(huán)境過于復(fù)雜，人工調(diào)整極為困難，且極易損害礦井。此時(shí)，將單片機(jī)引入，可對采煤機(jī)驅(qū)動(dòng)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。若發(fā)現(xiàn)運(yùn)行中有較大的負(fù)荷值，單片機(jī)應(yīng)用下將對量輸出控制。另外，礦井測控系統(tǒng)中單片機(jī)的應(yīng)用，也體現(xiàn)在礦井提升機(jī)方面，傳統(tǒng)技術(shù)更傾向于調(diào)整繞線式交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻方法，雖然控制效果較好，但線路較為復(fù)雜。在此背景下，考慮引入單片機(jī)，其可滿足測量電流與速度要求，根據(jù)測量結(jié)果獲取負(fù)載值。在此基礎(chǔ)上做負(fù)載值控制，有助于頻繁調(diào)整繼電器動(dòng)作值、啟動(dòng)電阻被燒壞等問題的解決[3]。

3 礦井測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中51單片機(jī)應(yīng)用注意事項(xiàng)

礦井測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，51單片機(jī)的應(yīng)用首先表現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)控制器層面上，如控制器RTL8019AS，其配合單片機(jī)運(yùn)行效果理想。但需注意，該網(wǎng)絡(luò)控制器應(yīng)用下，要求其在連接單片機(jī)硬件方面有效控制，合理把握控制器緩沖區(qū)，并做好其他端口讀寫、控制器初始設(shè)置等。對于連接單片機(jī)的硬件，通常選擇八位跳線模式，其在實(shí)施中需配合多方面措施，如控制器中數(shù)據(jù)線與地址線的合理選擇，確?？煽窟B接單片機(jī)[4]。另外，還需考慮ARP協(xié)議，其也被叫做地址解析協(xié)議。若以網(wǎng)絡(luò)控制器網(wǎng)絡(luò)接口層特征為依據(jù)，通常需保持48位長度硬件地址，各數(shù)據(jù)幀的交換均需在此長度地址中實(shí)現(xiàn)[5]。

4 結(jié)論

51單片機(jī)應(yīng)用于礦井測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)是提高系統(tǒng)整體運(yùn)行效果的關(guān)鍵。實(shí)際進(jìn)行礦井測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)正確認(rèn)識(shí)51單片機(jī)運(yùn)行基本原理，分析51單片機(jī)用于礦井測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的具體要點(diǎn)，同時(shí)注意在51單片機(jī)應(yīng)用下做好網(wǎng)絡(luò)控制器選擇以及單片機(jī)ARP協(xié)議設(shè)置。這樣在51單片機(jī)應(yīng)用下，能有助于提高礦井系統(tǒng)運(yùn)行效果。