单片机在煤矿电气自动化控制中的应用研究

2018-07-06李琳芸

机械管理开发 2018年6期

关键词：漏电提升机风机

李琳芸

（山西潞安环保能源开发股份有限公司王庄煤矿，山西长治 046031）

引言

单片机在编程以及逻辑运算方面具有十分强大的性能表现，因此在工业生产的自动化控制编程中有着十分广泛的应用。目前伴随煤矿电气自动化控制水平的提高，单片机在煤矿生产自动化控制中也得到了十分广泛的应用。

1 单片机的工作原理与硬件组成

1.1 单片机工作的基本原理

目前，基于单片机强大的编程以及逻辑运算性能，在煤矿电气自动化控制系统中得到了十分广泛的应用。单片机并不是一个完成某个逻辑功能的中央处理芯片，而是以集成技术，将计算机系统集成在一个芯片上，这就使得单片机像一个计算能力相对较弱的计算机一样。与一个功能完备的计算机系统相比，单片机知识缺少了I/O设备。因此，我们可以说，一个小小的单片机就成了一台计算机。而从单片机的功能与用途上看，单片机就是一种具备在线式实时控制能力的计算机，能够通过网络或线路实现对于机械设备的现场控制。因此，单片机需要具备以下特点：其一，抗干扰能力强，能够适应复杂的工作环境；其二，成本较低，适合工业的大规模生产；其三，体积较小，适合与其他设备配合使用。

1.2 组成单片机的硬件

伴随工业生产中自动化水平的提高，单片机技术的研发与应用已经得到了较长时间的发展，目前在电气自动化控制系统中应用单片机已经有了较高的可靠性与安全性，单片机技术的硬件组成也相对完善。目前，常见的单片机主要由电源、漏电闭锁器、储存器以及通信器这四个主要模块构成。而一些具备特殊功能的单片机在组成上会有所不同，但基本都是在这四个模块的基础上进行改进，如图1所示。

图1 东芝TMP87C 800结构框图

2 单片机在漏电保护中的应用

在煤矿电气自动化控制中，单片机的漏电保护功能是系统安全运行的重要保证，对于降低用电安全事故发生的可能性有着十分积极的意义。而在单片机的漏电保护应用原理如下，利用零序电流方向与附加直流电源相结合的带单片机，由于零序电流方向具备一定选择性，因此能够以附加直流电源对电网的绝缘进行检测。完成检测后，能够在单片机计算功能的支持下，合理判断电气自动化控制系统需要进行停电管理的范围，从而准确限制电路，一方面达到电气系统漏电保护的目标，另一方面又能够合理控制系统停电部分，尽可能降低故障问题对正常生产活动的影响。

3 单片机在风机系统中的应用

通风机是煤矿生产中的重要机电设备，煤矿井下作业必须要配备通风机实现井下作业环境的气流交换，从而确保作业人员的有氧呼吸。井下作业的危险性较高，因而必须要确保通风机的正常运行，随着煤矿开采深度的提高，通风换气需要面对更大的压力，对通风机功率的要求也随之增加，针对于此，通风机需要根据矿井的深度进行通风量的调节，随着矿井深度的增加提高通风能力，避免同一风量造成的供氧不足或者是通风量过大造成的能源浪费[1]。而传统的煤矿风机系统，往往都是采用恒速控制系统，使得风机系统对于空气的输送始终不变，这与实际情况的煤矿通风要求不符。而在煤矿电气自动化控制系统中，将单片机应用于风机控制系统中，以实现通风量的自动调节，从而使矿井不同深度条件下的作业人员都可以拥有充足的氧气，于此同时也可以避免浅层矿井供风量过大所导致的能源浪费等情况，在确保井下作业人员安全性的基础上降低煤矿生产成本。

4 单片机在井下环境监控中的应用

通过单片机和信息管理技术的结合应用可以对煤矿的一氧化碳浓度、瓦斯浓度、风速、温度以及气压等的状态进行远程的动态监控和管理，当甲烷或一氧化碳等的浓度超标时会进行报警，并采取断电以及甲烷风电闭锁等控制措施，还可以将安全问题以及控制状况等数据上传到总部[2]。同时，由于单片机的成本较低，体积较小，使其能够广泛应用于复杂的煤矿巷道中，从而提高煤矿生产的安全性。实践证明，利用单片机实现井下环境的检查，能够及时获得各种反应井下安全状况的要素信息，从而为地面控制中心实现对于煤矿安全生产的有效监管，一方面能够有效提高安全监控的范围，另一方面也能够有效提高监控效率。

5 单片机在煤矿提升机之中的应用

提升机的工作状况直接关系着煤矿的生产效率，提升机也是保障作业人员人身安全的重要设备。在单片机应用于提升机之前，煤矿企业往往都是在煤矿提升机电动机转子电路内利用金属电阻实现对提升机的调速和控制，但是金属电阻存在调速反应时间较长且能量消耗过高的问题，也会增加煤矿生产的安全隐患。而利用单片机0配合提升机控制PLC系统，可以有效实现对提升机的数字化控制。在这一控制系统中，将以单片机编程为基础的变频防爆提升机和交流四象限变频调速系统的配合是自动化控制的实现基础，输入、输出接口的存在使得操作人员可以对提升机进行远程控制，在确保提升机人员和物料输送工作成效的同时，自动化的控制可以避免人为误差造成的安全事故，提高作业人员输送的安全性[3]。