煤礦自動化技術(shù)中單片機(jī)的使用研究

（煤礦安全技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 中煤科工集團(tuán)沈陽研究院有限公司，遼寧 撫順 113122）

0 引言

在現(xiàn)階段我國煤礦行業(yè)的電氣自動化控制相關(guān)技術(shù)使用過程中，增加單片機(jī)的相關(guān)應(yīng)用不但能夠加速相關(guān)技術(shù)的智能化和自動化發(fā)展進(jìn)度，還可以將技術(shù)根基進(jìn)一步夯實(shí)。因此，在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用過程中，相關(guān)工程技術(shù)人員需要積極主動地在煤礦領(lǐng)域電氣自動化相關(guān)的控制技術(shù)中大量使用單片機(jī)相關(guān)模塊，設(shè)計(jì)完備的作業(yè)方案和工作計(jì)劃，力求將單片機(jī)模塊的優(yōu)良特性最大限度地體現(xiàn)出來。

1 單片機(jī)模塊的基本原理和選型原則

1.1 單片機(jī)模塊的基本原理

隨著先進(jìn)科技的持續(xù)發(fā)展，單片機(jī)模塊的實(shí)際應(yīng)用愈來愈廣泛，在煤礦行業(yè)生產(chǎn)作業(yè)過程之中使用單片機(jī)相關(guān)的技術(shù)，對于煤礦井下的電氣裝備具有非常關(guān)鍵的監(jiān)控及過載保護(hù)的作用。單片機(jī)模塊能夠?qū)τ诂F(xiàn)場監(jiān)測過程得到的電信號實(shí)施全方位的采集，并且對于相關(guān)電信號實(shí)施電壓參數(shù)信號的轉(zhuǎn)換，通過相應(yīng)的設(shè)備對上述信號實(shí)施放大處理，轉(zhuǎn)換成0.8 V的電壓參數(shù)信號，并且向CPU中傳送相關(guān)的電壓參數(shù)信號，通過CPU系統(tǒng)M將電壓參數(shù)信號實(shí)施數(shù)字化信號轉(zhuǎn)換處理，與此同時(shí)，使用微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)處理有關(guān)的數(shù)據(jù)信息，并且通過微型計(jì)算機(jī)的顯示屏將上述信息進(jìn)行直觀體現(xiàn)，總線在對驅(qū)動裝置進(jìn)行緩沖以后，發(fā)出閉鎖動作的信號，將繼電器的狀態(tài)進(jìn)行斷開處理[1]。單片機(jī)原理圖如圖1所示。START（開始）、CLK（單擊）、Uin（輸入電壓）、E0C（代碼）、U0（輸出電壓）、SAR（性能監(jiān)測）、+Vref（參考電壓正值）、-Vref（參考電壓負(fù)值）。

1.2 煤礦行業(yè)電氣自動化裝備中單片機(jī)模塊的選型原則

1.2.1 PIC單片機(jī)模塊的特性

圖1 單片機(jī)原理圖

相關(guān)工程技術(shù)人員必須充分考量現(xiàn)場工作環(huán)境的狀況，針對單片機(jī)模塊實(shí)施適當(dāng)?shù)膽?yīng)用，根據(jù)現(xiàn)場工作條件來針對單片機(jī)模塊進(jìn)行挑選，這也是煤礦行業(yè)電氣自動化相關(guān)控制技術(shù)實(shí)施進(jìn)程中使用單片機(jī)模塊的首要前提條件。PIC系列單片機(jī)模塊是目前煤礦領(lǐng)域生產(chǎn)作業(yè)過程中電氣自動化相關(guān)控制解決方案應(yīng)用過程中比較普遍的單片機(jī)模塊類型，不僅具備優(yōu)良的防漏電效果，而且具備非常強(qiáng)的防水能力，值得一提的是，具體的應(yīng)用功能還可以根據(jù)實(shí)際使用情況做出適當(dāng)?shù)纳?。在減少功耗及抵抗干擾方面，PIC系列的單片機(jī)模塊也能起到非常重要的實(shí)際作用。

1.2.2 PIC單片機(jī)模塊在煤礦行業(yè)電氣自動化裝備中的實(shí)際應(yīng)用

現(xiàn)階段，隨著國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展進(jìn)步及科學(xué)技術(shù)的持續(xù)更新升級，煤礦行業(yè)的控制自動化程度也大幅度進(jìn)步，自動化控制系統(tǒng)裝備在煤礦行業(yè)生產(chǎn)過程中的使用得到了廣泛的推廣。在煤礦行業(yè)電氣自動化裝備中，由于使用PLC（可編程邏輯控制器）單片機(jī)模塊，能夠大幅度提升煤礦企業(yè)的生產(chǎn)效率，并且各類不同的技術(shù)的兼容能力也獲得了顯著的提高，因此在煤礦企業(yè)生產(chǎn)過程中需要大力推廣PLC單片機(jī)模塊的使用，這樣操作可以大大促進(jìn)煤礦行業(yè)的綜合開采效益的持續(xù)增加[2]。

2 單片機(jī)模塊的應(yīng)用情況

在煤礦行業(yè)電氣自動化相關(guān)的控制技術(shù)解決方案中，單片機(jī)模塊經(jīng)常用于相關(guān)電氣裝備的監(jiān)控和過載保護(hù)方面，該系統(tǒng)通過應(yīng)用單片機(jī)能夠全方位監(jiān)測到相關(guān)電氣裝備的各類電信號數(shù)據(jù)，將上述的電信號完全整合在一起就可以轉(zhuǎn)化成為系統(tǒng)能夠識別的電壓數(shù)據(jù)信號，通過放大信號的裝置進(jìn)行信息放大之后傳送到系統(tǒng)的控制中心，然后通過相關(guān)設(shè)備轉(zhuǎn)換成為對應(yīng)的數(shù)字信息，相關(guān)工程技術(shù)人員通過該數(shù)字信息，可以直觀地掌握相關(guān)電氣裝備的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)。一般狀態(tài)下，煤礦行業(yè)的電氣自動化相關(guān)控制技術(shù)解決方案中通常可能應(yīng)用到的單片機(jī)模塊屬于PLC系列中的某個(gè)組成部分，具備一定程度的防水能力、防漏電功能，可以根據(jù)不同的實(shí)際應(yīng)用情況和需求增補(bǔ)某些特定的功能，消耗的電能比較少，具備比較優(yōu)秀的綠色節(jié)能環(huán)保優(yōu)良特性。

3 單片機(jī)模塊在煤礦行業(yè)電氣自動化相關(guān)控制技術(shù)解決方案中推廣使用的意義

單片機(jī)模塊是互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)科技創(chuàng)新發(fā)展演變得到的相關(guān)產(chǎn)物，屬于微型電腦控制模塊，現(xiàn)階段已經(jīng)非常普遍地使用到諸多不同的領(lǐng)域之中，創(chuàng)造了非常高的實(shí)際價(jià)值。在煤礦行業(yè)電氣自動化相關(guān)控制技術(shù)解決方案中，使用相應(yīng)的單片機(jī)模塊，能夠把中央處理單元視為最核心的部分，使用計(jì)時(shí)器裝置、定時(shí)器裝置和存儲器等相關(guān)裝置，將有關(guān)的數(shù)據(jù)信息輸入及輸出端口進(jìn)行有機(jī)連接，構(gòu)成了具備集成電路相關(guān)芯片的微型電腦裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)為煤礦行業(yè)電氣自動化相關(guān)控制系統(tǒng)的智能化升級提供應(yīng)有的技術(shù)支持的目標(biāo)。

煤礦領(lǐng)域中的相關(guān)企業(yè)如果想在激烈的市場競爭中站穩(wěn)腳跟，必須應(yīng)用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)和相關(guān)裝備，單片機(jī)模塊即為一類適宜的先進(jìn)科技裝備，將其應(yīng)用到電氣自動化相關(guān)控制系統(tǒng)之中，能夠突破常規(guī)的控制工程操作的局限性，提高各個(gè)層面的技術(shù)作用功效。例如在煤礦行業(yè)的井下礦產(chǎn)挖掘作業(yè)過程中，將單片機(jī)模塊視為基礎(chǔ)設(shè)施，能夠突破常規(guī)的電氣自動化相關(guān)控制系統(tǒng)的各種局限特性，把單片機(jī)模塊的漏電閉鎖性能、信息通信性能全方位體現(xiàn)出來，在各種信息渠道中均能夠精準(zhǔn)收集各種參數(shù)信息，然后針對相關(guān)數(shù)據(jù)信息實(shí)施傳送處理，搭建出具備優(yōu)良交互特性的系統(tǒng)。這種操作不但可以提高相關(guān)數(shù)據(jù)信息的處理功能，還可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊之間互相共享相關(guān)數(shù)據(jù)信息的目標(biāo)，有利于精確監(jiān)測及控制煤礦行業(yè)電氣自動化相關(guān)系統(tǒng)，防止產(chǎn)生不必要的能源消耗的情況，促進(jìn)有關(guān)的煤礦行業(yè)電氣自動化相關(guān)的控制技術(shù)系統(tǒng)向著智能化及自動化趨勢發(fā)展[3]。

4 單片機(jī)模塊在煤礦行業(yè)電氣自動化相關(guān)控制技術(shù)解決方案中的實(shí)際使用情況

4.1 做好系統(tǒng)漏電保護(hù)監(jiān)測工作

在煤礦行業(yè)電氣自動化相關(guān)控制技術(shù)領(lǐng)域中，通常使用的單片機(jī)模塊需要著重展開漏電保護(hù)監(jiān)測工作，為了保證供電系統(tǒng)的安全平穩(wěn)的運(yùn)行，防止意外事故的發(fā)生，相關(guān)工程技術(shù)人員還必須著重使用單片機(jī)模塊達(dá)成針對系統(tǒng)的漏電保護(hù)功能。盡管現(xiàn)階段許多煤礦生產(chǎn)企業(yè)在實(shí)際開采過程中都已經(jīng)應(yīng)用了系統(tǒng)漏電監(jiān)測裝置，然而，相關(guān)監(jiān)測裝置無法實(shí)現(xiàn)自動化、智能化的控制功能，在這樣的狀況下，相關(guān)工程技術(shù)人員就必須主動應(yīng)用單片機(jī)模塊，保證系統(tǒng)漏電監(jiān)測工作具備一定程度的邏輯判斷功能及邏輯計(jì)算能力，不但可以提高系統(tǒng)漏電監(jiān)測工作的自動化水準(zhǔn)，還可以最大限度地防止手工操作可能帶來的安全隱患，從本質(zhì)上提高系統(tǒng)漏電保護(hù)工作的智能化、自動化水準(zhǔn)。

值得注意的是，各類的煤礦井下作業(yè)環(huán)境和各類的電氣自動化裝備之間存在一定程度的差別，對于系統(tǒng)漏電保護(hù)功能的需求也各不相同。在這樣的狀況下，相關(guān)現(xiàn)場操作人員必須根據(jù)單片機(jī)模塊的系統(tǒng)漏電保護(hù)功能，在相關(guān)實(shí)際煤炭開采中，及時(shí)掌握相關(guān)絕緣電阻的現(xiàn)場實(shí)際狀況，確定是否需要把總電源進(jìn)線斷開，以此確保煤炭生產(chǎn)作業(yè)過程的平穩(wěn)進(jìn)行，最大限度地杜絕系統(tǒng)由于漏電問題的產(chǎn)生所引發(fā)的安全事故。例如把單片機(jī)模塊使用到有關(guān)的系統(tǒng)漏電保護(hù)裝置中，可以根據(jù)溫度傳感裝置及數(shù)字信號放大電路和其他相關(guān)的部件，接收有關(guān)的電路傳感信號，把相關(guān)信號反饋至警報(bào)系統(tǒng)，相關(guān)現(xiàn)場操作人員就能夠根據(jù)警報(bào)系統(tǒng)提供的相關(guān)信息作出及時(shí)的反應(yīng)。

4.2 進(jìn)行風(fēng)電閉鎖功能的精確操控

輸入信號的相關(guān)電路及收集信號并且進(jìn)行處理的相關(guān)電路是煤礦行業(yè)中風(fēng)電閉鎖系統(tǒng)的核心組成部分，整流電路系統(tǒng)和比較電路系統(tǒng)，共同構(gòu)成信號處理相關(guān)電路系統(tǒng)。在煤礦挖掘過程中風(fēng)機(jī)的重要作用是為井下輸送氧氣，在實(shí)際生產(chǎn)過程中為保證井現(xiàn)場操作者的安全，促進(jìn)煤礦挖掘作業(yè)的有序進(jìn)行，井下的風(fēng)壓及風(fēng)速需要嚴(yán)格控制，因此，風(fēng)機(jī)的作用非常關(guān)鍵。為了確保足夠的風(fēng)量，必須采用功率較大的驅(qū)動電機(jī)，將單片機(jī)模塊使用到風(fēng)電閉鎖系統(tǒng)中，在針對風(fēng)流量的參數(shù)實(shí)施間接獲取的情況下，還能夠使其生成大電流的開關(guān)動作電信號，大大提升遠(yuǎn)距離傳送能力。相比于其他調(diào)節(jié)用的設(shè)備，單片機(jī)模塊對其升級改進(jìn)后，大幅度提升了風(fēng)電閉鎖裝置的控制準(zhǔn)確程度，提高了系統(tǒng)的可靠性，并且具有成本低廉的優(yōu)勢。在煤礦領(lǐng)域的配電技術(shù)之中瓦斯電閉鎖起到非常關(guān)鍵的作用，該類技術(shù)能夠合理融合短路器及電子瓦斯?jié)舛忍綔y裝置，滿足井下實(shí)際需求。在瓦斯電閉鎖系統(tǒng)中，單片機(jī)模塊的作用比較關(guān)鍵，當(dāng)發(fā)生瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)的情況之后，系統(tǒng)電源會被自動斷開，有效控制及減少煤礦井下內(nèi)部的瓦斯?jié)舛?，防止瓦斯中毒事故發(fā)生，當(dāng)瓦斯?jié)舛冗_(dá)到允許范圍后，系統(tǒng)將會轉(zhuǎn)換成送電模式，保證井下正常的生產(chǎn)進(jìn)行[4]。

4.3 煤礦行業(yè)井下安全監(jiān)控工作方面的應(yīng)用

井下的作業(yè)環(huán)境具有較大的安全隱患，保證現(xiàn)場操作者的人身安全是一項(xiàng)重要任務(wù)，因此，提升井下生產(chǎn)安全管控能力愈發(fā)重要。相關(guān)工程技術(shù)人員把電氣自動化相關(guān)控制解決方案使用到井下的生產(chǎn)過程中，必須保證所有部分均可實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的操作結(jié)果，加強(qiáng)煤礦井下的生產(chǎn)安全系數(shù)。加強(qiáng)井下現(xiàn)場操作者對于作業(yè)環(huán)境的管控和理解，監(jiān)測礦井內(nèi)部有毒有害氣體的濃度，一旦超過合理范圍需要立刻實(shí)施相關(guān)應(yīng)對措施。

在井下煤礦開采過程中，使用單片機(jī)模塊技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)即時(shí)監(jiān)控的目的，根據(jù)預(yù)設(shè)技術(shù)參數(shù)實(shí)施報(bào)警，提示相關(guān)煤礦井下操作人員，采取有效的方法解決相關(guān)問題。因而在煤礦井下開采挖掘進(jìn)程中必須徹底發(fā)揮單片機(jī)模塊的監(jiān)測能力，對煤礦井下的實(shí)際作業(yè)狀況必須在第一時(shí)間了解及掌握，著重搞好有毒氣體及物質(zhì)的監(jiān)測工作，一旦發(fā)現(xiàn)必須及時(shí)報(bào)警，向應(yīng)急指揮中心發(fā)出信號，與此同時(shí)啟動通風(fēng)系統(tǒng)及做好相關(guān)防護(hù)措施，確保煤炭生產(chǎn)效率。

4.4 滾筒型煤礦采煤機(jī)的自動化調(diào)高系統(tǒng)

煤礦采煤機(jī)（圖2）在礦井下的開采作業(yè)過程中，因?yàn)楦鞣N煤層的厚度都不相同，因此相關(guān)煤礦工程技術(shù)人員必須針對煤礦采煤機(jī)開采高度實(shí)施持續(xù)的調(diào)整進(jìn)而完成開采挖掘工作，關(guān)于常規(guī)的煤礦采煤機(jī)來講，該機(jī)型的開采動作比較單一，連貫性及靈活性有所不足，這種狀況對于采煤的開采效率造成極大制約。滾筒型煤礦采煤機(jī)借助單片機(jī)技術(shù)實(shí)行升級改造以后，能夠?qū)崿F(xiàn)采煤調(diào)高過程自動化，根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)得出的定子電流數(shù)值，能夠在顯示器上實(shí)時(shí)顯示采煤機(jī)負(fù)荷狀況，例如在煤礦采煤機(jī)撞到堅(jiān)硬的石塊時(shí)，會出現(xiàn)采煤機(jī)負(fù)荷明顯增加的狀況，這種狀況導(dǎo)致電動機(jī)定子電流也相應(yīng)增加，在到達(dá)設(shè)定極限以后，單片機(jī)模塊系統(tǒng)能夠針對煤礦采煤機(jī)的采煤高度進(jìn)行自動化調(diào)節(jié)。

圖2 煤礦采煤機(jī)

4.5 單片機(jī)模塊能夠使電氣設(shè)備實(shí)現(xiàn)明顯節(jié)能

交流電是煤礦機(jī)械挖掘開采作業(yè)進(jìn)程中非常典型的用電電流類型，能夠確保煤礦采煤機(jī)高效的工作效率。但是，煤礦井下實(shí)際挖掘開采作業(yè)過程對于交流電的消耗量是很大的，并且排布措施比較復(fù)雜，具有非常大的安全隱患，這些不穩(wěn)定因素都會導(dǎo)致煤礦井下安全事故的發(fā)生概率增大。單片機(jī)模塊具有工作平穩(wěn)及安全的特點(diǎn)，可以保證工作電壓及額定電流的穩(wěn)定輸出，確保煤礦開采安全進(jìn)行，與此同時(shí)，能夠顯著降低能源的消耗，對于相關(guān)煤礦電氣設(shè)備也起到了非常關(guān)鍵的保護(hù)作用，可以行之有效地增加設(shè)計(jì)使用周期，降低電能消耗，保證煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)[5]。

5 結(jié)語

總的來說，煤礦設(shè)備的電氣自動化控制使用單片機(jī)模塊不但可以提高相關(guān)電氣設(shè)備的安全穩(wěn)定性，還可以保護(hù)煤礦井下相關(guān)挖掘開采作業(yè)人員的生命財(cái)產(chǎn)安全。該技術(shù)的出現(xiàn)突破了常規(guī)煤礦挖掘開采的局限性，為后期煤礦挖掘開采工作的推進(jìn)及進(jìn)步奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在今后的煤礦機(jī)械電氣自動化系統(tǒng)工作期間，一定要廣泛使用單片機(jī)模塊，及時(shí)總結(jié)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，把單片機(jī)模塊技術(shù)全方位使用在供電網(wǎng)絡(luò)、安全運(yùn)行及開采作業(yè)等工程中，改進(jìn)每個(gè)層面的煤礦自動化控制技術(shù)的工作模式及措施。