煤矿电气自动化控制技术中单片机的具体应用

施润杰

济宁学院，山东济宁，273100

0 引言

在传统的煤矿生产工作当中，往往只能依赖人力资源进行开采管理与控制，一方面不利于煤矿开采成本的有效缩减，另一方面也不利于煤炭产量与质量的全面进步。因此相关技术人员应当认识到单片机技术在煤矿电气自动化控制工作的重要意义，认识到单片机具备集成度高、控制性能较强、可靠性强、环境适应能力较好以及功耗较低等方面的优势与特点，在煤矿电气自动化控制当中发挥着关键性作用。积极采取措施对单片机的应用方法以及应用路径进行调整与改进，使其与市场经济环境相适应，进一步提升煤矿生产效能，实现煤炭开采产业的良性健康发展。

1 单片机的概述及其主要工作原理

1.1 单片机的概述

通常来说，单片机是指集成电路芯片的一种类型，其基于集成电路技术能够将中枢处理模块、数据信息储存模块、兼容性接口、定时器等关键性元件进行整合，并形成一套功能齐全、体积微小的计算机系统，在工业生产控制领域发挥着关键性的作用。

1.2 单片机的工作原理

在现阶段常见的单片机系统当中，主要由运算模块、控制模块、累存模块等三个关键性部分组成，运算模块负责对单片机汇集的相关数据信息进行运算、测试与分析，而控制模块则能够针对单片机的整个运行流程乃至电气设备的运行方式进行全面控制。累存模块一方面能够实现对运算数据结果的存储，另一方面还能够将计算结果通过显示设备传达给电气控制技术人员，使控制人员能够结合相关信息数据针对控制设备下达下一步运行指令，从而确保整个电气控制体系的完备运行，有效避免因数据传输问题或控制性能问题给电气设备带来的隐患，使得电气自动化控制工作得到更加坚实良好的技术支持[1]。

2 煤矿电气自动化控制技术的发展特点与优势

2.1 全面整合煤矿开采数据信息

信息与数据的全面整合是当前煤矿电气自动化控制技术运用过程当中的首要特点。作为我国能源结构当中的一项关键性组成部分，煤矿开采与控制工作涉及层面较为广泛，流程与环节较为复杂，给电气设备控制工作带来了一定的难度与挑战。在传统煤矿开采与生产模式下，技术人员对整个设备体系相关运行信息的掌握存在一定的短板，难以结合数据反映出实际情况，难以对原有的生产方案以及生产流程进行进一步调整，导致煤矿开采过程当中的效率与质量受到了严重制约与影响，甚至可能会出现一定的安全风险。

相对而言，结合煤矿电气设备自动化控制技术对煤矿开采与生产工作进行全面辅助，能够使技术与管理人员更加便捷地针对煤矿生产工作当中涉及的相关信息和数据进行有效汇集，并构建起更具针对性的煤矿生产方案，使煤矿内部的开采模式与当下市场需求以及设备运行状况相适应，还能进一步提升煤矿内部生产效率，为实现煤矿生产工作安全与质量的同步化发展奠定坚实良好的基础。

此外，基于电气自动化控制模式所汇集的煤矿生产数据，还能够从更加宏观的角度为煤矿企业的运营决策乃至整个地区的煤炭利用情况提供准确高效的信息参考，使得煤矿企业能够在市场竞争过程当中获取更加主动的地位。

2.2 全面控制煤矿运行过程当中的各功能模块

在现阶段煤矿电气自动化控制技术的应用过程当中，其最关键的功能与价值即是能够实现对各个流程环节以及功能模块的实时全面控制，确保煤矿开采与生产效能，同时还能够减少煤矿生产控制人员的工作压力，为提升设备使用和运行效率做出良好铺垫。当前煤矿电气自动化控制技术可按照其控制流程以及控制重点分为分布式控制模式以及可编程式控制模式两种类型[2]。首先，依托分布式控制模式能够结合煤矿内部生产发展需要，依托通信网络技术实现对矿场内部各个电气设备的全方位管控，全面强化设备控制效率与控制质量，避免出现流程冗余现象。这种控制模式灵敏性较高，实用性与可靠性较好。而可编程式控制模式则是指由技术人员按照煤矿电气设备运行要求乃至设备运行现状针对性采用编程方式对其运行程序进行控制的一种手段，这种控制模式兼容性更强，后续维护成本更为低廉，相关煤矿生产技术人员可结合矿场内部实际情况针对电气自动化控制模式的主要类型进行选择，进而确保预期管理目标的实现。

2.3 跟踪监控设备运行过程当中的故障

受到煤矿内部生产环境特点的影响和制约，电气设备的故障情况较为常见，这不仅会对煤矿企业的生产和经营带来严重影响，还会增加煤矿开采过程当中的生产成本，使煤矿开采产业的发展受到一定限制。在传统的煤矿生产运营管理模式当中，大多采取人工监测的方式对电气设备的运行状态进行控制，监控效率较为低下，还可能会因人为因素导致设备监控效果受到制约。而基于煤矿电气设备自动化控制模式，能够针对煤炭生产线开采运行过程当中电气设备的实时运行状态以及运行数据进行全面监测并整合，针对数据信息异常的情况进行及时报警，让技术人员以及煤矿设备管理人员能够对电气设备故障做出更加规范性、标准性的应对，进一步降低因设备故障给煤矿开采与生产工作造成的损失与影响，全面提升煤矿运营的经济效益，为实现煤矿生产领域的持续健康发展做出更加卓越的贡献。

3 单片机在煤矿电气控制系统当中的应用路径

3.1 煤矿环境监测系统

针对煤矿环境进行实时监测是当前单片机在煤矿电气控制系统当中的首要应用路径以及应用方向。在煤炭开采与生产过程当中，包括掘进、回采、运输等多项关键性生产环节都必须在矿井井下进行，因此如何确保矿井井下环境的适宜程度，避免因环境因素给生产人员带来安全威胁已成为当下煤矿生产技术人员面临的重要挑战。在传统的煤矿生产与开采模式当中，相关生产人员大多只能结合自身经验以及机械测量手段对矿井井下环境状况进行测量，无法对矿井环境变化情况进行有效预测，制约矿井井下生产流程的全面推进[3]。

依托单片机对煤矿电气设备进行自动化控制，能够实现对煤矿矿井井下环境的高效监测，全面提升环境监测工作的准确性与有效性，具体表现在以下几个方面。首先是能够接入传感器网络实现自动化报警，利用单片机技术能够对矿井井下环境监测传感器进行全面控制，并结合矿井井下生产流程以及相关煤炭生产与开采标准对传感器报警阈值进行设定，一旦井下温度、湿度、瓦斯浓度等特定指标超过传感器阈值，则能够通过单片机控制及时进行自动化报警，使生产人员以及技术人员能够更加迅速地针对矿井井下环境风险做出相对应的反应，有效减少环境因素对煤矿开采与生产人员产生的威胁，实现对煤矿开采工作的有效保护。其次，能够针对矿井井下环境监控数据与信息进行储存与上传。技术人员能够通过长时间累积的井下环境监测数据以及监测信息，对矿井井下环境变化状况进行全面总结与归纳，使煤矿生产管理人员以及安全技术人员能够更加充分地把握好矿井生产与开采时机，提高煤矿生产的效率与产量。

3.2 通风换气系统

在矿井生产过程当中，受到爆破炮烟、柴油机废气、硫化矿物氧化、井下燃火、瓦斯爆炸、矿井沼气等多种类型因素的影响，导致矿井井下的有毒有害气体大量集聚，常见的有毒有害气体包括一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、甲烷、氯化氢等，因此及时采取措施对煤矿矿井井下进行通风换气作业，能够有效减少有毒有害气体对井下作业人员身体健康产生的威胁和影响，从而确保煤矿生产与开采工作的顺利开展。在我国应急管理部颁布并修订的《煤矿安全规程》当中，针对煤矿矿井的空气质量做出了明确规定：要求矿井空气当中含氧量应超过20%，二氧化碳总含量应低于0.5%，硫化氢含量应低于0.0005%，通风风量率应当高于60%[4]。现阶段常用的矿井井下通风换气方式包括抽出式与压入式两种类型，在针对煤矿矿井进行通风换气与保障工作的过程当中，受矿井作业位置变化的影响，因此对通风换气设备的运行状态也形成了差异化的要求，需要技术人员结合矿井作业位置对通风换气设备的相关参数进行调节，这样才能确保矿井下通风换气工作的有效性。但在传统的煤矿电气设备控制模式当中，通风风机的运行功率大多为恒定功率，调节过程较为困难，一方面很难有效满足井下部分关键性部位的通风要求，另一方面还可能会造成能源的浪费，使煤矿生产支出不断增加。将单片机接入到煤矿矿井通风换气系统当中，能够依托传感器网络汇集的井下环境信息以及环境数据，针对通风换气设备的运行参数进行有效调整，使其能够与矿井井下的通风换气要求相适应，避免环境因素对井下人员和设备造成的威胁和损害，全面提升煤矿生产与开采流程的规范性与安全性，为实现煤矿产业的不断进步奠定基础。

3.3 漏电保护系统

在进行煤炭开采与生产过程当中，包括排水设备、通风设备、瓦斯抽放设备、提升运输设备等多项设备都需要电驱动，因此确保煤矿生产现场的用电安全，尽可能降低漏电、短路等风险因素对煤矿开采过程的安全威胁是当前煤矿管理人员需要面对的关键性挑战。由于煤矿矿井作业条件较为恶劣，高温高湿环境均会对煤矿开采电路产生一定的损害，因此技术人员需要采取合理手段与措施对电路进行保护，避免发生漏电现象。单片机作为一类功能较为齐全、适应性与兼容性较强的微型计算机系统，同样也能够在煤矿电路漏电保护工作当中发挥出更加关键性的作用。在利用单片机进行电路漏电保护控制之前，相关技术人员应当结合煤矿经营管理实际情况，对电路运行环境乃至电路运行要求进行全方位梳理，针对当下煤矿设备运行电路当中的绝缘和电阻进行核算，使单片机能够更加便捷地对电路进行保护，避免电路运行风险对煤矿整体电气控制系统产生威胁和影响。此外，为了充分强化单片机在电路漏电保护系统当中的应用效果以及应用价值，相关技术人员还可以将其接入到传感器网络当中，由单片机针对电流传感器以及温度传感器测定的相关数据对电路是否发生漏电现象进行判断与评估，进而为煤矿电气设备控制管理人员提供更加准确可靠的信息参考，使电路保护工作得以落到实处。

3.4 提升机械系统

在矿井开采过程当中，提升机械发挥着极为重要的运输作用。基于电机对提升机械进行驱动，能够使矿井与地面构建起更加高效快速的物资传输通道，由地面向井下运送所需设备、人员与物资，并将井下开采的矿物进行提升。因此，针对提升机械的运行速度进行控制，是确保煤矿生产安全的关键所在。技术人员可依托单片机针对提升机械的速度调节装置进行目标编程，结合煤矿提升机械的运行与使用要求进行程序编写，使其运行行程、运行速度与提升机械实际情况相符合，一方面强化煤矿生产与运行安全，另一方面还能够有效降低提升机的磨损情况，为充分延长设备机械寿命、有效管控煤矿生产经营成本做出相应的贡献[5]。在利用单片机接入煤矿提升机械设备后，技术人员还应当针对其整体使用安全性进行全面测试，避免因信号传输或电路设计等因素导致安全事故发生。

3.5 节能减排系统

随着时代与技术的不断发展，可持续发展已成为当下工业生产的重要趋势与方向。积极采取措施确保煤矿生产过程当中的节能减排工作是生产管理人员的关键性工作内容。在传统的煤矿电气设备控制模式当中，受到煤矿生产与开采特点的影响，其设备的能耗较为显著，电气设备运行过程当中涉及的环节较为丰富，在进行节能设计的过程当中还可能会产生一定的安全风险，因此如何在满足节能减排设计目标的前提下，针对煤矿电气设备控制系统进行全面优化是当前技术人员需要攻克的难关。依托单片机针对电气设备控制电路当中的电流与电压进行跟踪式监测，能够对超出环保标准的相关运行参数进行及时预警，并基于预定的设备控制目标进行自动化调节，从而使煤矿生产过程当中的节能减排工作得到更加充分的落实，有效降低设备运行负荷，提升设备运行性能。

3.6 排水系统

作为一项井下生产作业内容，在煤矿开采过程当中，矿井透水是最为严重的一类事故类型，全面减少煤矿开采过程当中的积水渗水现象，能够进一步确保煤矿生产开采安全，避免生产人员的生命受到威胁。因此相关技术人员以及管理人员应当结合实际情况针对煤矿矿井的排水系统设计进行全面优化，有效提升排水系统的调节性能，为煤矿开采和生产工作做出更加良好的贡献与支持。在传统的煤矿排水系统运作模式当中，技术人员难以通过相应手段对井下水位等关键性参数进行及时把握和判断，制约了排水工作的开展效果。而利用单片机能够更加便捷地对井下水位参数进行及时测量与传输，使煤矿管理人员以及技术人员能够更加及时有效地采取方案和措施进行积水抽取与排出，减少因积水渗水现象发生给煤矿开采和生产带来的威胁与挑战，为实现矿井排水的持续性发展提供有效的技术支撑。

3.7 自动调高系统

在当下的煤矿开采与生产过程当中，需要应用到滚筒采煤机，以便快速破碎与输送煤矿，是煤矿企业的关键性生产设备之一。但由于矿井井下生产开采环境较为复杂，不同层次煤矿开采标高同样存在一定的差异，因此给采煤机的有效运用带来了一定的难度与负面影响。一些煤矿未能结合煤炭开采与生产要求对采煤机控制系统进行优化设计，导致调高机制受到阻碍和限制。技术人员与设计人员可利用单片机对滚筒采煤机的高度进行有效调节，通过传感器实现对煤层开采目标的有效测定，并将测定信息数据回传至单片机当中，由单片机对滚筒采煤机的高度调节进行决策，提高采煤机的运行效率，采煤、破煤以及煤矿运输的效率与速度得以进一步提升，为提升煤矿开采与生产质量、实现煤矿经济效益与价值的创造提供有效动力。

4 结语

总而言之，在当前的煤矿开采与生产过程当中，如何优化煤矿电气设备的控制模式已成为当前煤矿管理人员的重要挑战。相关技术人员应当认识到单片机在煤矿电气设备自动化控制工作当中的重要意义，针对单片机在煤矿电气化设备当中的应用路径进行细致梳理，有效解决单片机应用过程当中存在的问题，全面强化单片机在煤矿设备控制当中的应用效果，降低对人力资源的依赖，使我国煤矿生产行业得以快速发展，为实现我国能源结构的进一步优化提供重要保障。