单片机在煤矿电气自动化控制技术中的应用分析

石庆+++陈博洲+++黄泓

摘 要：我国煤矿事业稳步发展环境下，对煤矿电气自动化控制系统的设计也提出更高要求。然而从传统控制系统应用现状看，存在较多如漏电保护、运行监控难以实现的弊病，极大程度上制约电子自动化控制技术优势的实现。实践研究发现，自动化控制系统中单片机的应用，对提高自动化控制系统应用效果可发挥重要作用。文章将对煤矿电气自动化控制系统设计相关要求、单片机的应用以及系统设计相关建议进行分析。

关键词：单片机；煤矿；电气自动化控制；应用

前言

作为国民经济发展重要产业之一，煤炭经济对能源安全、社会稳定等多方面有明显影响，这就要求引入计算机集成制造系统，使煤炭生产与发展得到保证。但计算机集成制造系统优势的发挥，关键又在于单片机技术的应用。因此，本文对煤矿电气自动化控制技术中单片机的应用分析，具有十分重要的意义。

1 煤矿电气自动化控制系统相关概述

1.1 自动化控制技术内涵

关于煤矿电气控制技术，其主要将电气控制系统作为主导，辅以动力传动装置，使煤矿工业生产达到自动化要求。相比传统仅依托于硬接线继电器逻辑控制系统，自动化控制技术更注重将多种先进技术成果融入，包括网络通信技术、智能技术、自动控制技术以及计算机技术等。同时，现代电气工程自动化技术中，不仅强调在操作方面自动化，且要求对所有执行元件的运行过程进行监督控制，一旦发现异常可在最短时间内处理，技术优势极为明显。

1.2 自动化系统设计要求

电子自动化控制技术引入到煤矿生产领域中，对控制系统设计要求较多。具体要求包括：（1）防爆设备选用，如增安型“e”、复合型“de”，该类电气设备在防护能力上较强，且需注意电气设备选型上防爆要求应考虑到气体、粉尘双重防爆；（2）电缆、导线要求，如电缆方面应避免出现被刺、被挤压或浸泡于水中等情况，且导线要求毛刺，连接牢固；（3）保护装置设置，主要考虑TN-C-S接地系统的设计，仅需保证接地引线设计合理性，便可在接地系统方面选择TN-C-S系统；（4）漏电保护装置，如将机械闭锁装置设置于电气设备盖子、外壳间，且电缆接头、电气元件以及带电导体等等需在外壳内封闭，这样可避免带电检修中触电事故的发生；（5）安全监控系统的引入，系统运行中如环境中的温湿度、负压、风速以及气体浓度，都会使系统运行受到影响，要求在安全监控系统设计上强化，及时发现异常并解决[1]。

2 煤矿自动化技术中单片机的应用分析

单片机的应用近年来日趋广泛，其作用主要表现在监控与保护电气设备方面，应用远离表现为传送电压信号时，经CPU转换为数字信号，最后由计算机处理分析，在此基础上以总线缓冲驱动器做闭锁信号的设定，达到信号闭锁目的。将其应用于煤矿电气自动化控制技术中，主要体现在漏电保护、运行监控以及调度改造等方面。

2.1 漏电保护

作为煤矿井下安全供电要求之一，低压漏电保护目的在于防止触电伤亡事故发生。从当前低压漏电保护的实现看，其原理主要表现为将绝缘电阻控制到一定数值，使继电器保持运作，这样电源将被总馈电开关切断，同时，在电容电流补偿方面借助零序电抗器实现。尽管漏电保护初衷较好，但由于主要以分立元件为主，可靠性难以保证，尤其带负荷载荷闸方面有误动作出现。此时将单片机引入其中，其本身有击落判断功能，合闸时可直接将检漏回路闭锁。同时，单片机应用下，其与零序电流方向相结合，当零序电流完成绝缘检测后，单片机运算功能以及逻辑判断功能便可发挥出来，这样在工作电阻值不受影响下，停电范围将得以缩小[2]。

2.2 运行监控

煤矿生产活动中，在用电量统计方面多由操作人员实现，这种方式下不仅难以在用电量上进行控制，且人员工作强度高。此时便需考虑将智能电度表引入其中，该装置优势表现为可分时累计用电量，且将日总用电量、日低后期用电量、高峰期用電量以及最高负荷等打印出来。当用电达到高峰超负荷状态，系统会发出报警，由调度室适时做好处理工作。而其中的智能电度表，在构成上主要以传感器、单片机以及外围设备等为主，或直接采用微型机构、单片机检测组成。另外，从监控系统方面看，传统井下环境监控中，检测装置大多以手持直读式类型为主，间隔内的变化难以识别。假若两次测量间隔中，瓦斯不断聚集，可能引起爆炸。而将检测系统应用其中，通过实时检测矿井环境参数，有助于矿井安全的提高，且针对可能存在风险提前预警[3]。

2.3 调度改造

自动化控制系统中单片机的调度主要体现在电动机调度、滚筒采煤机电动方面。以井下电动机调度系统为例，其被赋予较多功能，如信号灯指示、电机车全盘调度、电机车位置跟踪。这样整个系统运行中，可利用可编程序对调度系统进行控制，其优势在于控制装置体积小、功能性与灵活性强大。另外，在滚筒采煤机调度系统方面，其应用中主要考虑煤层厚度不同，采煤过程中需对采煤机进行调整，传统人工调整方式应用下，一旦遇到开采山顶煤情况，调整较为困难，这样采煤机容易受损，而滚筒采煤机中，以单片机作为系统重要构成部分，其可对采煤机驱动电机情况进行测定，如定子电流数值，以此为依据进行负荷变化情况的测定，一旦负荷值过大，单片机便会将控制量输出，调整采煤机高度。除此之外，在技术改造层面，以矿井提升机为例，原有的技术更注重采用调整绕线式交流电动机转子串电阻方法，控制线路较为复杂。对此，将单片机引入其中做技术改造，可测量电流、速度等。这样控制系统运行中，单片机可通过测量电流或速度，得到实际负载，以此为依据控制负载，可解决频繁调整继电器动作值、启动电阻被烧坏等问题[4]。

3 煤矿电气自动化系统设计相关建议

3.1 明确系统功能

尽管煤矿电气自动化系统设计中，单片机的应用优势较为明显，但仍需注意电气控制系统在设计中应满足较多功能。如自动控制功能，一旦有设备发生故障，要求系统可自动控制供电设备。再如保护功能，主要考虑到线路、设备运行中，电流超出实际允许范围，此时需利用保护设备进行自动调整。

3.2 数据模块设计

数据模块设计，主要以采集模块、传输模块为主。其中采集模块在功能上应满足做好电能量数据、数字量数据、模拟量数据的记录，向上层应用系统中传输信号，经过信号的转换与识别，达到通信目的。而在通信模块方面，当通信模块中有数据输入时，模块可做好分类打包数据工作，在此基础上完成传输、数据解析过程[5]。

4 结束语

单片机的应用为煤矿电气自动化控制系统设计提供技术保障。实际设计中应正确认识系统设计要求，从漏电保护、运行监控、调度改造等多方面强化单片机的应用。同时注意单片机应用下，系统设计还需在其他功能要求上得到满足，且保证数据模块设计的合理性，以此使系统运行更加可靠。

参考文献

[1]贾晋杰.单片机在煤矿电气自动化控制技术中的应用研究[J].黑龙江科技信息，2015（25）：13.

[2]陆晶晶.单片机在煤矿电气自动化控制技术中的应用分析[J].数字技术与应用，2015（02）：16.

[3]吴琦.煤矿电气自动化控制技术中单片机的应用[J].硅谷，2015（03）：118+120.

[4]杨福佳.单片机在煤矿电气自动化控制中的应用[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2014（09）：87-88.

[5]卜桂鑫.试论单片机在煤矿电气自动化控制技术中的应用[J].电子制作，2013（13）：213+206.