單片機在煤礦電氣自動化控制技術中的應用分析

石慶+++陳博洲+++黃泓

摘 要：我國煤礦事業穩步發展環境下，對煤礦電氣自動化控制系統的設計也提出更高要求。然而從傳統控制系統應用現狀看，存在較多如漏電保護、運行監控難以實現的弊病，極大程度上制約電子自動化控制技術優勢的實現。實踐研究發現，自動化控制系統中單片機的應用，對提高自動化控制系統應用效果可發揮重要作用。文章將對煤礦電氣自動化控制系統設計相關要求、單片機的應用以及系統設計相關建議進行分析。

關鍵詞：單片機；煤礦；電氣自動化控制；應用

前言

作為國民經濟發展重要產業之一，煤炭經濟對能源安全、社會穩定等多方面有明顯影響，這就要求引入計算機集成制造系統，使煤炭生產與發展得到保證。但計算機集成制造系統優勢的發揮，關鍵又在于單片機技術的應用。因此，本文對煤礦電氣自動化控制技術中單片機的應用分析，具有十分重要的意義。

1 煤礦電氣自動化控制系統相關概述

1.1 自動化控制技術內涵

關于煤礦電氣控制技術，其主要將電氣控制系統作為主導，輔以動力傳動裝置，使煤礦工業生產達到自動化要求。相比傳統僅依托于硬接線繼電器邏輯控制系統，自動化控制技術更注重將多種先進技術成果融入，包括網絡通信技術、智能技術、自動控制技術以及計算機技術等。同時，現代電氣工程自動化技術中，不僅強調在操作方面自動化，且要求對所有執行元件的運行過程進行監督控制，一旦發現異常可在最短時間內處理，技術優勢極為明顯。

1.2 自動化系統設計要求

電子自動化控制技術引入到煤礦生產領域中，對控制系統設計要求較多。具體要求包括：（1）防爆設備選用，如增安型“e”、復合型“de”，該類電氣設備在防護能力上較強，且需注意電氣設備選型上防爆要求應考慮到氣體、粉塵雙重防爆；（2）電纜、導線要求，如電纜方面應避免出現被刺、被擠壓或浸泡于水中等情況，且導線要求毛刺，連接牢固；（3）保護裝置設置，主要考慮TN-C-S接地系統的設計，僅需保證接地引線設計合理性，便可在接地系統方面選擇TN-C-S系統；（4）漏電保護裝置，如將機械閉鎖裝置設置于電氣設備蓋子、外殼間，且電纜接頭、電氣元件以及帶電導體等等需在外殼內封閉，這樣可避免帶電檢修中觸電事故的發生；（5）安全監控系統的引入，系統運行中如環境中的溫濕度、負壓、風速以及氣體濃度，都會使系統運行受到影響，要求在安全監控系統設計上強化，及時發現異常并解決[1]。

2 煤礦自動化技術中單片機的應用分析

單片機的應用近年來日趨廣泛，其作用主要表現在監控與保護電氣設備方面，應用遠離表現為傳送電壓信號時，經CPU轉換為數字信號，最后由計算機處理分析，在此基礎上以總線緩沖驅動器做閉鎖信號的設定，達到信號閉鎖目的。將其應用于煤礦電氣自動化控制技術中，主要體現在漏電保護、運行監控以及調度改造等方面。

2.1 漏電保護

作為煤礦井下安全供電要求之一，低壓漏電保護目的在于防止觸電傷亡事故發生。從當前低壓漏電保護的實現看，其原理主要表現為將絕緣電阻控制到一定數值，使繼電器保持運作，這樣電源將被總饋電開關切斷，同時，在電容電流補償方面借助零序電抗器實現。盡管漏電保護初衷較好，但由于主要以分立元件為主，可靠性難以保證，尤其帶負荷載荷閘方面有誤動作出現。此時將單片機引入其中，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，單片機應用下，其與零序電流方向相結合，當零序電流完成絕緣檢測后，單片機運算功能以及邏輯判斷功能便可發揮出來，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 運行監控

煤礦生產活動中，在用電量統計方面多由操作人員實現，這種方式下不僅難以在用電量上進行控制，且人員工作強度高。此時便需考慮將智能電度表引入其中，該裝置優勢表現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荷等打印出來。當用電達到高峰超負荷狀態，系統會發出報警，由調度室適時做好處理工作。而其中的智能電度表，在構成上主要以傳感器、單片機以及外圍設備等為主，或直接采用微型機構、單片機檢測組成。另外，從監控系統方面看，傳統井下環境監控中，檢測裝置大多以手持直讀式類型為主，間隔內的變化難以識別。假若兩次測量間隔中，瓦斯不斷聚集，可能引起爆炸。而將檢測系統應用其中，通過實時檢測礦井環境參數，有助于礦井安全的提高，且針對可能存在風險提前預警[3]。

2.3 調度改造

自動化控制系統中單片機的調度主要體現在電動機調度、滾筒采煤機電動方面。以井下電動機調度系統為例，其被賦予較多功能，如信號燈指示、電機車全盤調度、電機車位置跟蹤。這樣整個系統運行中，可利用可編程序對調度系統進行控制，其優勢在于控制裝置體積小、功能性與靈活性強大。另外，在滾筒采煤機調度系統方面，其應用中主要考慮煤層厚度不同，采煤過程中需對采煤機進行調整，傳統人工調整方式應用下，一旦遇到開采山頂煤情況，調整較為困難，這樣采煤機容易受損，而滾筒采煤機中，以單片機作為系統重要構成部分，其可對采煤機驅動電機情況進行測定，如定子電流數值，以此為依據進行負荷變化情況的測定，一旦負荷值過大，單片機便會將控制量輸出，調整采煤機高度。除此之外，在技術改造層面，以礦井提升機為例，原有的技術更注重采用調整繞線式交流電動機轉子串電阻方法，控制線路較為復雜。對此，將單片機引入其中做技術改造，可測量電流、速度等。這樣控制系統運行中，單片機可通過測量電流或速度，得到實際負載，以此為依據控制負載，可解決頻繁調整繼電器動作值、啟動電阻被燒壞等問題[4]。

3 煤礦電氣自動化系統設計相關建議

3.1 明確系統功能

盡管煤礦電氣自動化系統設計中，單片機的應用優勢較為明顯，但仍需注意電氣控制系統在設計中應滿足較多功能。如自動控制功能，一旦有設備發生故障，要求系統可自動控制供電設備。再如保護功能，主要考慮到線路、設備運行中，電流超出實際允許范圍，此時需利用保護設備進行自動調整。

3.2 數據模塊設計

數據模塊設計，主要以采集模塊、傳輸模塊為主。其中采集模塊在功能上應滿足做好電能量數據、數字量數據、模擬量數據的記錄，向上層應用系統中傳輸信號，經過信號的轉換與識別，達到通信目的。而在通信模塊方面，當通信模塊中有數據輸入時，模塊可做好分類打包數據工作，在此基礎上完成傳輸、數據解析過程[5]。

4 結束語

單片機的應用為煤礦電氣自動化控制系統設計提供技術保障。實際設計中應正確認識系統設計要求，從漏電保護、運行監控、調度改造等多方面強化單片機的應用。同時注意單片機應用下，系統設計還需在其他功能要求上得到滿足，且保證數據模塊設計的合理性，以此使系統運行更加可靠。

參考文獻

[1]賈晉杰.單片機在煤礦電氣自動化控制技術中的應用研究[J].黑龍江科技信息，2015（25）：13.

[2]陸晶晶.單片機在煤礦電氣自動化控制技術中的應用分析[J].數字技術與應用，2015（02）：16.

[3]吳琦.煤礦電氣自動化控制技術中單片機的應用[J].硅谷，2015（03）：118+120.

[4]楊福佳.單片機在煤礦電氣自動化控制中的應用[J].中小企業管理與科技（下旬刊），2014（09）：87-88.

[5]卜桂鑫.試論單片機在煤礦電氣自動化控制技術中的應用[J].電子制作，2013（13）：213+206.