基于51單片機的礦井測控系統設計探討

馬德明

（甘肅能源化工職業學院，甘肅 蘭州 730207）

礦井測控系統作為煤礦開采中的重要組成部分，其運行是否可靠直接影響開采效率。盡管近年來各項目活動開展中對礦井測控系統給予足夠重視，但因系統設計不合理，致使系統運行故障異常頻發，所以考慮引入51單片機，提高礦井測控系統設計效果。因此，本文對51單片機應用于礦井測控系統中的設計分析，具有十分重要的意義。

1 51單片機基本介紹

關于51單片機，其主要指為可對Intel 8031指令系統兼容的所有單片機，該類單片機最初為Intel 8004單片機，在技術發展下，逐漸出現AT89系列，成為工業測控系統設計中的主要技術支撐。以目前應用較為廣泛的89S51單片機為例，其有較多優勢，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被廣泛用于各領域的主要原因，如礦井測控系統設計中，可將單片機引入，對提高系統運行效果可發揮重要作用[1]。

2 基于51單片機的礦井測控系統設計分析

51單片機引入礦井測控系統中，其作用表現為多方面，如對系統運行的監控，且可滿足電氣設備保護要求，運行原理表現為電壓信號傳輸下，會在CPU下進行轉換，通過計算機處理分析得到數字信號，并通過總線緩沖驅動器完成閉鎖信號的設定，實現信號閉鎖。本次研究中，選擇礦井測控系統設計中51單片機的應用進行分析，具體表現為測控系統運行監控、漏電保護與調度改造等方面。

（1）系統運行監控。礦井測控系統運行中，以往運行方式多集中在人員操作層面上，如用電量統計，人員工作強度較高，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用電量統計。若用電量處于高峰負荷狀態，測控系統將做出警報提示，此時可由調度室進行處理。對于該種智能電度表，結構主要包括外圍設備、單片機與傳感器等，部分電度表在設計時也選用單片機、微型機構作為組成部分。而對于監控系統，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[2]。

（2）漏電保護設計。礦井測控系統系統設計中，需充分考慮煤礦井下安全供電問題，強化低壓漏電保護，其目的在于防止觸電傷亡事故發生。對于低壓漏電保護，其實現的原理在于設定絕緣電阻值，確保繼電器持續運行，異常狀態下由總饋電開關將電源切斷，同時在零序電抗器應用下滿足電容電流補償要求。值得注意的是，雖然采用這種漏電保護方式在預防故障方面效果較好，但其實現的方式依托于較多分立元件，各元件可靠性難以保證，如帶負荷載荷閘，誤動作可能性較高。因此，在設計中考慮從將單片機引入其中，其本身有擊落判斷功能，合閘時可直接將檢漏回路閉鎖。且通過單片機的應用，將根據零序電流方向，做零序電流絕緣檢測，這樣便能保證充分發揮單片機邏輯功能、運算功能。這樣在不影響工作電阻值的基礎上，縮小停電范圍。

（3）調度改造。礦井測控系統設計中，也可考慮充分發揮單片機應用下的調度作用。如其中電動機調度、滾筒采煤機電動方面，對于井下電動機調度系統，其有較多功能，包括電機車全盤調度、信號燈指示、電機車位置跟蹤。引入單片機，使系統運行中通過可編程序對調度系統進行控制，可滿足控制要求，且有較高的靈活性特點。再如滾筒采煤機調度系統，以往系統運行中，多依托于人工調整礦井方式，若環境過于復雜，人工調整極為困難，且極易損害礦井。此時，將單片機引入，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。若發現運行中有較大的負荷值，單片機應用下將對量輸出控制。另外，礦井測控系統中單片機的應用，也體現在礦井提升機方面，傳統技術更傾向于調整繞線式交流電動機轉子串電阻方法，雖然控制效果較好，但線路較為復雜。在此背景下，考慮引入單片機，其可滿足測量電流與速度要求，根據測量結果獲取負載值。在此基礎上做負載值控制，有助于頻繁調整繼電器動作值、啟動電阻被燒壞等問題的解決[3]。

3 礦井測控系統設計中51單片機應用注意事項

礦井測控系統設計中，51單片機的應用首先表現在網絡控制器層面上，如控制器RTL8019AS，其配合單片機運行效果理想。但需注意，該網絡控制器應用下，要求其在連接單片機硬件方面有效控制，合理把握控制器緩沖區，并做好其他端口讀寫、控制器初始設置等。對于連接單片機的硬件，通常選擇八位跳線模式，其在實施中需配合多方面措施，如控制器中數據線與地址線的合理選擇，確保可靠連接單片機[4]。另外，還需考慮ARP協議，其也被叫做地址解析協議。若以網絡控制器網絡接口層特征為依據，通常需保持48位長度硬件地址，各數據幀的交換均需在此長度地址中實現[5]。

4 結論

51單片機應用于礦井測控系統設計是提高系統整體運行效果的關鍵。實際進行礦井測控系統設計中，應正確認識51單片機運行基本原理，分析51單片機用于礦井測控系統設計中的具體要點，同時注意在51單片機應用下做好網絡控制器選擇以及單片機ARP協議設置。這樣在51單片機應用下，能有助于提高礦井系統運行效果。