基于51单片机的矿井测控系统设计探讨

2018-01-30马德明

世界有色金属 2018年22期

马德明

（甘肃能源化工职业学院，甘肃兰州 730207）

矿井测控系统作为煤矿开采中的重要组成部分，其运行是否可靠直接影响开采效率。尽管近年来各项目活动开展中对矿井测控系统给予足够重视，但因系统设计不合理，致使系统运行故障异常频发，所以考虑引入51单片机，提高矿井测控系统设计效果。因此，本文对51单片机应用于矿井测控系统中的设计分析，具有十分重要的意义。

1 51单片机基本介绍

关于51单片机，其主要指为可对Intel 8031指令系统兼容的所有单片机，该类单片机最初为Intel 8004单片机，在技术发展下，逐渐出现AT89系列，成为工业测控系统设计中的主要技术支撑。以目前应用较为广泛的89S51单片机为例，其有较多优势，如性能较高、ISP在线编程功能、保持33MHz工作频率、UART串行通道以及兼容性较好等。这些均是该类型单片机被广泛用于各领域的主要原因，如矿井测控系统设计中，可将单片机引入，对提高系统运行效果可发挥重要作用[1]。

2 基于51单片机的矿井测控系统设计分析

51单片机引入矿井测控系统中，其作用表现为多方面，如对系统运行的监控，且可满足电气设备保护要求，运行原理表现为电压信号传输下，会在CPU下进行转换，通过计算机处理分析得到数字信号，并通过总线缓冲驱动器完成闭锁信号的设定，实现信号闭锁。本次研究中，选择矿井测控系统设计中51单片机的应用进行分析，具体表现为测控系统运行监控、漏电保护与调度改造等方面。

（1）系统运行监控。矿井测控系统运行中，以往运行方式多集中在人员操作层面上，如用电量统计，人员工作强度较高，且用电量控制极为困难。在此背景下，考虑借助智能电度表，依托其完成高峰期用电量、日总用电量以及累计用电量统计。若用电量处于高峰负荷状态，测控系统将做出警报提示，此时可由调度室进行处理。对于该种智能电度表，结构主要包括外围设备、单片机与传感器等，部分电度表在设计时也选用单片机、微型机构作为组成部分。而对于监控系统，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[2]。

（2）漏电保护设计。矿井测控系统系统设计中，需充分考虑煤矿井下安全供电问题，强化低压漏电保护，其目的在于防止触电伤亡事故发生。对于低压漏电保护，其实现的原理在于设定绝缘电阻值，确保继电器持续运行，异常状态下由总馈电开关将电源切断，同时在零序电抗器应用下满足电容电流补偿要求。值得注意的是，虽然采用这种漏电保护方式在预防故障方面效果较好，但其实现的方式依托于较多分立元件，各元件可靠性难以保证，如带负荷载荷闸，误动作可能性较高。因此，在设计中考虑从将单片机引入其中，其本身有击落判断功能，合闸时可直接将检漏回路闭锁。且通过单片机的应用，将根据零序电流方向，做零序电流绝缘检测，这样便能保证充分发挥单片机逻辑功能、运算功能。这样在不影响工作电阻值的基础上，缩小停电范围。

（3）调度改造。矿井测控系统设计中，也可考虑充分发挥单片机应用下的调度作用。如其中电动机调度、滚筒采煤机电动方面，对于井下电动机调度系统，其有较多功能，包括电机车全盘调度、信号灯指示、电机车位置跟踪。引入单片机，使系统运行中通过可编程序对调度系统进行控制，可满足控制要求，且有较高的灵活性特点。再如滚筒采煤机调度系统，以往系统运行中，多依托于人工调整矿井方式，若环境过于复杂，人工调整极为困难，且极易损害矿井。此时，将单片机引入，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。若发现运行中有较大的负荷值，单片机应用下将对量输出控制。另外，矿井测控系统中单片机的应用，也体现在矿井提升机方面，传统技术更倾向于调整绕线式交流电动机转子串电阻方法，虽然控制效果较好，但线路较为复杂。在此背景下，考虑引入单片机，其可满足测量电流与速度要求，根据测量结果获取负载值。在此基础上做负载值控制，有助于频繁调整继电器动作值、启动电阻被烧坏等问题的解决[3]。

3 矿井测控系统设计中51单片机应用注意事项

矿井测控系统设计中，51单片机的应用首先表现在网络控制器层面上，如控制器RTL8019AS，其配合单片机运行效果理想。但需注意，该网络控制器应用下，要求其在连接单片机硬件方面有效控制，合理把握控制器缓冲区，并做好其他端口读写、控制器初始设置等。对于连接单片机的硬件，通常选择八位跳线模式，其在实施中需配合多方面措施，如控制器中数据线与地址线的合理选择，确保可靠连接单片机[4]。另外，还需考虑ARP协议，其也被叫做地址解析协议。若以网络控制器网络接口层特征为依据，通常需保持48位长度硬件地址，各数据帧的交换均需在此长度地址中实现[5]。