老矿井水泵控制改造一例

2014-08-22林森

淮北职业技术学院学报 2014年4期

林森

（淮北职业技术学院计算机系，安徽淮北 235000）

1 引言

淮北矿业集团的老矿井大多始建于上世纪六七十年代，许多设备老化、技术落后。该集团公司近期通过运用单片机技术对老矿井海孜煤矿的井下水泵房进行了技术改造，经过半年多的运行，各项技术指标稳定。其不但实现了煤矿井下水泵的自动调度运行，而且使得水泵运行中的各项参数实现了数据共享，大大减轻了现场工作负荷，降低了工人的劳动强度。

在此项技术改造中我们考虑了两种常见的水位控制方法，一种是主要由单片机监控实现，另一种是由电子器件组成的比较器控制电路实现。相对而言，单片机监控系统结构要复杂一些，不但需要硬件接口的物理连接，还需软件上给予支持。其尽管外围电路比较复杂，但人机交互界面友好，功能上也比较强大，便于过程控制，而且控制精度高、能够方便地与计算机实现通信，实现数据共享。而由比较控制器组成的电子线路虽然比较成熟，并且结构简单，无需软件支持，但是调试复杂、难以实现数据共享。

通过综合比较，我们决定采用单片机控制技术，尽管其成本略高，但在矿井整体综合自动控制方面较为有利。

2 井下水泵控制系统结构原理

该矿排水系统采用典型的冗余设计：三台主水泵，平时一台工作、一台备用、一台检修。在平时涌水量小或旱季，只用一台水泵工作，雨季涌水量大时两台水泵同时投入。众所周知，对于煤矿排水系统水仓而言，不管是旱季还是雨季，水位都必须控制在一定的范围内，水位过低将使水泵吸空，严重时将造成水泵损坏；排水不及时将造成水位过高影响生产。

一般液位控制的工作流程原理为：通过液位检测机构将得到的液位信号经变换电路转换为电流信号，再经滤波、放大、A／D模数转换后送入单片机处理，并将其与设定值比较，单片机将比较结果输出的数字量经过D／A数模转换后再由电动机构执行。控制系统采用较为典型的闭环控制方式。根据现场的实际要求，系统中引入了计算机通信模块。具体结构如下：

图1 硬件模块结构

3 硬件模块设计

硬件的设计采用模块化方法原理设计。按照功能的不同由下图模块组成：

图2 硬件模块及功能

首先输入输出模块分为电流／电压转换电路、A／D模数转换电路、人机交互模块即键盘和显示驱动电路设计：

电流／电压转换电路用于放大浮球式水位检测器的信号，经过A1458芯片及外围电路组成的多级可调放大器放大。A／D模数芯片采用通用的的AD7711ARZ芯片。

单片机通过P1．0口反复查询BUSY状态：

若SY＝1，则表示AD7711ARZ完成一次转换。通过单片机两次读取，将数据读入。

当R／C＝1，CS＝0，BY12＝0时，读取高4位；

在R／C＝1，CS＝0，BY12＝1时，读取低4位；读取完成后，单片机将R／C、CS、BUSY置低电平，以备下一次转换。

人机交互电路接口芯片HD7279的显示数据输出端两个口分别跟两个译码器的输入端相连。面板上的数字由键盘按现场需要进行设定。例如：按下设定键，1—4位数码管熄灭，表示该正在等待设定；若按一次“＋”键，水位显示的数值加一，满10自动进位；按“－”键则相反，减数不够则自动借位。输入错误可以用“复位”按钮恢复到原来初始状态。设定完成后，同时按下“模式”和“复位”按钮确认，此时系统进入主程序。

采用发送、接收控制芯片RS232作为通信电路，由RS232C数据线和MAX232芯片同时将单片机输出的TTL电平与PC机能接收的232电平进行互译，组成最简基本通信电路。