煤礦電氣自動化控制技術中單片機的具體應用

施潤杰

濟寧學院，山東濟寧，273100

0 引言

在傳統的煤礦生產工作當中，往往只能依賴人力資源進行開采管理與控制，一方面不利于煤礦開采成本的有效縮減，另一方面也不利于煤炭產量與質量的全面進步。因此相關技術人員應當認識到單片機技術在煤礦電氣自動化控制工作的重要意義，認識到單片機具備集成度高、控制性能較強、可靠性強、環境適應能力較好以及功耗較低等方面的優勢與特點，在煤礦電氣自動化控制當中發揮著關鍵性作用。積極采取措施對單片機的應用方法以及應用路徑進行調整與改進，使其與市場經濟環境相適應，進一步提升煤礦生產效能，實現煤炭開采產業的良性健康發展。

1 單片機的概述及其主要工作原理

1.1 單片機的概述

通常來說，單片機是指集成電路芯片的一種類型，其基于集成電路技術能夠將中樞處理模塊、數據信息儲存模塊、兼容性接口、定時器等關鍵性元件進行整合，并形成一套功能齊全、體積微小的計算機系統，在工業生產控制領域發揮著關鍵性的作用。

1.2 單片機的工作原理

在現階段常見的單片機系統當中，主要由運算模塊、控制模塊、累存模塊等三個關鍵性部分組成，運算模塊負責對單片機匯集的相關數據信息進行運算、測試與分析，而控制模塊則能夠針對單片機的整個運行流程乃至電氣設備的運行方式進行全面控制。累存模塊一方面能夠實現對運算數據結果的存儲，另一方面還能夠將計算結果通過顯示設備傳達給電氣控制技術人員，使控制人員能夠結合相關信息數據針對控制設備下達下一步運行指令，從而確保整個電氣控制體系的完備運行，有效避免因數據傳輸問題或控制性能問題給電氣設備帶來的隱患，使得電氣自動化控制工作得到更加堅實良好的技術支持[1]。

2 煤礦電氣自動化控制技術的發展特點與優勢

2.1 全面整合煤礦開采數據信息

信息與數據的全面整合是當前煤礦電氣自動化控制技術運用過程當中的首要特點。作為我國能源結構當中的一項關鍵性組成部分，煤礦開采與控制工作涉及層面較為廣泛，流程與環節較為復雜，給電氣設備控制工作帶來了一定的難度與挑戰。在傳統煤礦開采與生產模式下，技術人員對整個設備體系相關運行信息的掌握存在一定的短板，難以結合數據反映出實際情況，難以對原有的生產方案以及生產流程進行進一步調整，導致煤礦開采過程當中的效率與質量受到了嚴重制約與影響，甚至可能會出現一定的安全風險。

相對而言，結合煤礦電氣設備自動化控制技術對煤礦開采與生產工作進行全面輔助，能夠使技術與管理人員更加便捷地針對煤礦生產工作當中涉及的相關信息和數據進行有效匯集，并構建起更具針對性的煤礦生產方案，使煤礦內部的開采模式與當下市場需求以及設備運行狀況相適應，還能進一步提升煤礦內部生產效率，為實現煤礦生產工作安全與質量的同步化發展奠定堅實良好的基礎。

此外，基于電氣自動化控制模式所匯集的煤礦生產數據，還能夠從更加宏觀的角度為煤礦企業的運營決策乃至整個地區的煤炭利用情況提供準確高效的信息參考，使得煤礦企業能夠在市場競爭過程當中獲取更加主動的地位。

2.2 全面控制煤礦運行過程當中的各功能模塊

在現階段煤礦電氣自動化控制技術的應用過程當中，其最關鍵的功能與價值即是能夠實現對各個流程環節以及功能模塊的實時全面控制，確保煤礦開采與生產效能，同時還能夠減少煤礦生產控制人員的工作壓力，為提升設備使用和運行效率做出良好鋪墊。當前煤礦電氣自動化控制技術可按照其控制流程以及控制重點分為分布式控制模式以及可編程式控制模式兩種類型[2]。首先，依托分布式控制模式能夠結合煤礦內部生產發展需要，依托通信網絡技術實現對礦場內部各個電氣設備的全方位管控，全面強化設備控制效率與控制質量，避免出現流程冗余現象。這種控制模式靈敏性較高，實用性與可靠性較好。而可編程式控制模式則是指由技術人員按照煤礦電氣設備運行要求乃至設備運行現狀針對性采用編程方式對其運行程序進行控制的一種手段，這種控制模式兼容性更強，后續維護成本更為低廉，相關煤礦生產技術人員可結合礦場內部實際情況針對電氣自動化控制模式的主要類型進行選擇，進而確保預期管理目標的實現。

2.3 跟蹤監控設備運行過程當中的故障

受到煤礦內部生產環境特點的影響和制約，電氣設備的故障情況較為常見，這不僅會對煤礦企業的生產和經營帶來嚴重影響，還會增加煤礦開采過程當中的生產成本，使煤礦開采產業的發展受到一定限制。在傳統的煤礦生產運營管理模式當中，大多采取人工監測的方式對電氣設備的運行狀態進行控制，監控效率較為低下，還可能會因人為因素導致設備監控效果受到制約。而基于煤礦電氣設備自動化控制模式，能夠針對煤炭生產線開采運行過程當中電氣設備的實時運行狀態以及運行數據進行全面監測并整合，針對數據信息異常的情況進行及時報警，讓技術人員以及煤礦設備管理人員能夠對電氣設備故障做出更加規范性、標準性的應對，進一步降低因設備故障給煤礦開采與生產工作造成的損失與影響，全面提升煤礦運營的經濟效益，為實現煤礦生產領域的持續健康發展做出更加卓越的貢獻。

3 單片機在煤礦電氣控制系統當中的應用路徑

3.1 煤礦環境監測系統

針對煤礦環境進行實時監測是當前單片機在煤礦電氣控制系統當中的首要應用路徑以及應用方向。在煤炭開采與生產過程當中，包括掘進、回采、運輸等多項關鍵性生產環節都必須在礦井井下進行，因此如何確保礦井井下環境的適宜程度，避免因環境因素給生產人員帶來安全威脅已成為當下煤礦生產技術人員面臨的重要挑戰。在傳統的煤礦生產與開采模式當中，相關生產人員大多只能結合自身經驗以及機械測量手段對礦井井下環境狀況進行測量，無法對礦井環境變化情況進行有效預測，制約礦井井下生產流程的全面推進[3]。

依托單片機對煤礦電氣設備進行自動化控制，能夠實現對煤礦礦井井下環境的高效監測，全面提升環境監測工作的準確性與有效性，具體表現在以下幾個方面。首先是能夠接入傳感器網絡實現自動化報警，利用單片機技術能夠對礦井井下環境監測傳感器進行全面控制，并結合礦井井下生產流程以及相關煤炭生產與開采標準對傳感器報警閾值進行設定，一旦井下溫度、濕度、瓦斯濃度等特定指標超過傳感器閾值，則能夠通過單片機控制及時進行自動化報警，使生產人員以及技術人員能夠更加迅速地針對礦井井下環境風險做出相對應的反應，有效減少環境因素對煤礦開采與生產人員產生的威脅，實現對煤礦開采工作的有效保護。其次，能夠針對礦井井下環境監控數據與信息進行儲存與上傳。技術人員能夠通過長時間累積的井下環境監測數據以及監測信息，對礦井井下環境變化狀況進行全面總結與歸納，使煤礦生產管理人員以及安全技術人員能夠更加充分地把握好礦井生產與開采時機，提高煤礦生產的效率與產量。

3.2 通風換氣系統

在礦井生產過程當中，受到爆破炮煙、柴油機廢氣、硫化礦物氧化、井下燃火、瓦斯爆炸、礦井沼氣等多種類型因素的影響，導致礦井井下的有毒有害氣體大量集聚，常見的有毒有害氣體包括一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、甲烷、氯化氫等，因此及時采取措施對煤礦礦井井下進行通風換氣作業，能夠有效減少有毒有害氣體對井下作業人員身體健康產生的威脅和影響，從而確保煤礦生產與開采工作的順利開展。在我國應急管理部頒布并修訂的《煤礦安全規程》當中，針對煤礦礦井的空氣質量做出了明確規定：要求礦井空氣當中含氧量應超過20%，二氧化碳總含量應低于0.5%，硫化氫含量應低于0.0005%，通風風量率應當高于60%[4]?，F階段常用的礦井井下通風換氣方式包括抽出式與壓入式兩種類型，在針對煤礦礦井進行通風換氣與保障工作的過程當中，受礦井作業位置變化的影響，因此對通風換氣設備的運行狀態也形成了差異化的要求，需要技術人員結合礦井作業位置對通風換氣設備的相關參數進行調節，這樣才能確保礦井下通風換氣工作的有效性。但在傳統的煤礦電氣設備控制模式當中，通風風機的運行功率大多為恒定功率，調節過程較為困難，一方面很難有效滿足井下部分關鍵性部位的通風要求，另一方面還可能會造成能源的浪費，使煤礦生產支出不斷增加。將單片機接入到煤礦礦井通風換氣系統當中，能夠依托傳感器網絡匯集的井下環境信息以及環境數據，針對通風換氣設備的運行參數進行有效調整，使其能夠與礦井井下的通風換氣要求相適應，避免環境因素對井下人員和設備造成的威脅和損害，全面提升煤礦生產與開采流程的規范性與安全性，為實現煤礦產業的不斷進步奠定基礎。

3.3 漏電保護系統

在進行煤炭開采與生產過程當中，包括排水設備、通風設備、瓦斯抽放設備、提升運輸設備等多項設備都需要電驅動，因此確保煤礦生產現場的用電安全，盡可能降低漏電、短路等風險因素對煤礦開采過程的安全威脅是當前煤礦管理人員需要面對的關鍵性挑戰。由于煤礦礦井作業條件較為惡劣，高溫高濕環境均會對煤礦開采電路產生一定的損害，因此技術人員需要采取合理手段與措施對電路進行保護，避免發生漏電現象。單片機作為一類功能較為齊全、適應性與兼容性較強的微型計算機系統，同樣也能夠在煤礦電路漏電保護工作當中發揮出更加關鍵性的作用。在利用單片機進行電路漏電保護控制之前，相關技術人員應當結合煤礦經營管理實際情況，對電路運行環境乃至電路運行要求進行全方位梳理，針對當下煤礦設備運行電路當中的絕緣和電阻進行核算，使單片機能夠更加便捷地對電路進行保護，避免電路運行風險對煤礦整體電氣控制系統產生威脅和影響。此外，為了充分強化單片機在電路漏電保護系統當中的應用效果以及應用價值，相關技術人員還可以將其接入到傳感器網絡當中，由單片機針對電流傳感器以及溫度傳感器測定的相關數據對電路是否發生漏電現象進行判斷與評估，進而為煤礦電氣設備控制管理人員提供更加準確可靠的信息參考，使電路保護工作得以落到實處。

3.4 提升機械系統

在礦井開采過程當中，提升機械發揮著極為重要的運輸作用。基于電機對提升機械進行驅動，能夠使礦井與地面構建起更加高效快速的物資傳輸通道，由地面向井下運送所需設備、人員與物資，并將井下開采的礦物進行提升。因此，針對提升機械的運行速度進行控制，是確保煤礦生產安全的關鍵所在。技術人員可依托單片機針對提升機械的速度調節裝置進行目標編程，結合煤礦提升機械的運行與使用要求進行程序編寫，使其運行行程、運行速度與提升機械實際情況相符合，一方面強化煤礦生產與運行安全，另一方面還能夠有效降低提升機的磨損情況，為充分延長設備機械壽命、有效管控煤礦生產經營成本做出相應的貢獻[5]。在利用單片機接入煤礦提升機械設備后，技術人員還應當針對其整體使用安全性進行全面測試，避免因信號傳輸或電路設計等因素導致安全事故發生。

3.5 節能減排系統

隨著時代與技術的不斷發展，可持續發展已成為當下工業生產的重要趨勢與方向。積極采取措施確保煤礦生產過程當中的節能減排工作是生產管理人員的關鍵性工作內容。在傳統的煤礦電氣設備控制模式當中，受到煤礦生產與開采特點的影響，其設備的能耗較為顯著，電氣設備運行過程當中涉及的環節較為豐富，在進行節能設計的過程當中還可能會產生一定的安全風險，因此如何在滿足節能減排設計目標的前提下，針對煤礦電氣設備控制系統進行全面優化是當前技術人員需要攻克的難關。依托單片機針對電氣設備控制電路當中的電流與電壓進行跟蹤式監測，能夠對超出環保標準的相關運行參數進行及時預警，并基于預定的設備控制目標進行自動化調節，從而使煤礦生產過程當中的節能減排工作得到更加充分的落實，有效降低設備運行負荷，提升設備運行性能。

3.6 排水系統

作為一項井下生產作業內容，在煤礦開采過程當中，礦井透水是最為嚴重的一類事故類型，全面減少煤礦開采過程當中的積水滲水現象，能夠進一步確保煤礦生產開采安全，避免生產人員的生命受到威脅。因此相關技術人員以及管理人員應當結合實際情況針對煤礦礦井的排水系統設計進行全面優化，有效提升排水系統的調節性能，為煤礦開采和生產工作做出更加良好的貢獻與支持。在傳統的煤礦排水系統運作模式當中，技術人員難以通過相應手段對井下水位等關鍵性參數進行及時把握和判斷，制約了排水工作的開展效果。而利用單片機能夠更加便捷地對井下水位參數進行及時測量與傳輸，使煤礦管理人員以及技術人員能夠更加及時有效地采取方案和措施進行積水抽取與排出，減少因積水滲水現象發生給煤礦開采和生產帶來的威脅與挑戰，為實現礦井排水的持續性發展提供有效的技術支撐。

3.7 自動調高系統

在當下的煤礦開采與生產過程當中，需要應用到滾筒采煤機，以便快速破碎與輸送煤礦，是煤礦企業的關鍵性生產設備之一。但由于礦井井下生產開采環境較為復雜，不同層次煤礦開采標高同樣存在一定的差異，因此給采煤機的有效運用帶來了一定的難度與負面影響。一些煤礦未能結合煤炭開采與生產要求對采煤機控制系統進行優化設計，導致調高機制受到阻礙和限制。技術人員與設計人員可利用單片機對滾筒采煤機的高度進行有效調節，通過傳感器實現對煤層開采目標的有效測定，并將測定信息數據回傳至單片機當中，由單片機對滾筒采煤機的高度調節進行決策，提高采煤機的運行效率，采煤、破煤以及煤礦運輸的效率與速度得以進一步提升，為提升煤礦開采與生產質量、實現煤礦經濟效益與價值的創造提供有效動力。

4 結語

總而言之，在當前的煤礦開采與生產過程當中，如何優化煤礦電氣設備的控制模式已成為當前煤礦管理人員的重要挑戰。相關技術人員應當認識到單片機在煤礦電氣設備自動化控制工作當中的重要意義，針對單片機在煤礦電氣化設備當中的應用路徑進行細致梳理，有效解決單片機應用過程當中存在的問題，全面強化單片機在煤礦設備控制當中的應用效果，降低對人力資源的依賴，使我國煤礦生產行業得以快速發展，為實現我國能源結構的進一步優化提供重要保障。