单片机在综采工作面电气控制系统中的应用

2018-10-23张志忠

机械管理开发 2018年10期

张志忠

（阳泉煤业集团三矿，山西阳泉 045000）

引言

近年来，随着计算机控制技术的不断发展和应用，越来越多的新型控制算法出现在煤矿综采工作面中，从而使得煤矿综采工作面对机械设备的控制系统也从传统单一的触点继电器控制系统发展为当前的自动化控制系统。煤矿综采工作面电气控制系统是保证煤矿自动化生产的基础[1]。另外，除了新型算法在煤矿综采工作面电气控制系统的引入外，也有单片机和PLC控制器被应用到综采工作面电气控制系统中。其中，单片机在综采工作面电气控制系统中的应用从一定程度上提高了煤炭生产的安全性。

1 煤矿综采工作面电气控制系统设计要求

为了保证煤矿综采工作面电气控制系统能够在工作面恶劣的环境中发挥其精确、快速的控制效果，工作面电气控制系统的设计需遵循以下原则：

1）在选用工作面的电气设备时，始终选择防爆性和防尘性优越的电气设备，保证电气设备对瓦斯和粉尘的双重防爆特性；

2）电气设备运行过程中尽量避免被水浸泡。在电气设备安装完成后，需对整套电气设备进行检查，保证其导线连接处不存在漏电的情况。为了保险起见，一般的电气设备均安装有漏电保护系统。该系统将电气设备的导线和导线之间的接头与外界隔离开，并保证设备运行期间，漏电保护系统处于关闭状态；

3）电气爆炸是引起煤矿事故的重要因素之一，为此国家对电气设备安全出台了一系列的规章制度[3]。因此，电气系统设计时严格遵守国家对电气设备的规范和要求。

2 单片机控制流程分析

单片机是类似于PLC的一种控制器。单片机应用于煤矿综采工作面电气控制系统的主要功能是实现对井下电气设备的监测和控制。单片机在电气控制系统中的工作流程为：通过对综采设备工作状态的信号采集，并将该信号转换为数据信号，强化后的数字信号进一步转换为标准值的信号；中央处理器转换为标准值的信号进行处理分析后，将传感器采集的最佳信号值显示于上位机中。总的来说，基于单片机的电气控制系统在对模拟量、数字量数据采集后，并可以集中对电压和功率信号进行处理。一般的，单片机主要采用多通道数据传输方式，传输流程图如图1所示：

图1 单片机多通道通信流程图

3 单片机的确定选型

煤矿综采工作面电气控制系统所采用的单片机应根据以下两条原则对众多型号和品牌的单片机进行分类。首先，单片机的选型应充分考虑不同信号单片机的特性，工作面工作环境的复杂、差异性较大。因此，综采工作面电气控制器应选择PIC类型的单片机。主要由于该类型的单片机具有防水、防爆的功能，而且其使用过程中耗能较少，不需要其它辅助设备与之配合[4]；其次，考虑到煤矿综采工作面实际的生产需求，必须有高效的单片机控制系统提高工作面设备的工作效率，进而提高煤的产量。

总之，煤矿综采工作面应采用适用性强、绿色节能、高效的PIC单片机控制器。

4 单片机在电气控制系统中的应用

4.1 单片机在工作面监控系统中的应用

单片机作为对工作面各技术指标信息收集的组成部分之一，其功能是对采集到的数据传输到中央处理器中对其进行分析，以确定当前工作状态是否安全，并根据分析结果发出相应的指令，以保证工作面安全、稳定的运行[5]。针对综采工作面温度、瓦斯浓度以及二氧化碳含量的监控为例，基于以传感器参数和煤矿安全生产参数为依据对单片机进行设置，进而实现了对工作面温度、瓦斯以及二氧化碳进行监控和报警。具体检测流程图如图2所示：

图2 检测流程图

4.2 单片机在滚筒采煤机中应用

单片机在滚筒采煤机中的应用主要依据其对滚筒采煤机实时的工作电流进行监控，进而判断采煤机当前的工作状态。根据对采煤机工作状态的判断从而实现对采煤机的智能调高，并间接的保护了采煤机的驱动电机，从而延长了采煤机的使用寿命。具体工作原理为：由于原煤和岩石的硬度不同，当采煤机滚筒切割到煤或者煤矸石时，其负载电流值不同，单片机根据负载电流值的变化情况实现对采煤机滚筒的智能调高或者降低，从而保护了采煤机的电机。

4.3 单片机在提升机中的应用

目前，我国绝大多数的煤矿通过交流提升机实现煤从井下到地面的运输。在提升机的实际应用，对提升机的控制精确性往往会受到复杂的电路、繁琐的调整程序等因素影响。因此，提升机的控制往往是依靠时间、电流双保险控制相结合。但是，单片机在提升机电气控制系统的应用从一定程度上解决了这一问题。具体工作原理为：单片机对提升机工作时的电流值和继电器工作的情况进行检测，并获得此时负载的横加速度，一旦发现检测到的数据值不在标准值范围之内，立刻指挥控制系统做出相应动作，即断开继电器，从而达到保护继电器的效果，延长了提升机的使用寿命。

4.4 单片机在通风系统中的应用

通风系统如果持续满负荷的运行，势必造成电能的过度损耗。单片机在通风控制系统中应用的最终效果是达到节能减排的目的。具体工作原理为：单片机将采集到通风系统各部分的运行参数传送到中央处理器中，处理器对当前的工作状态进行判断分析后，将执行的命令转换为信号通过单片机实现对通风系统的控制，实现对通风风机的串级调速和变级调速。单片机在通风系统中的应用主要是实现了对通风设备的信息化控制。