李琳蕓

（山西潞安環(huán)保能源開發(fā)股份有限公司王莊煤礦， 山西 長治 046031）

引言

單片機(jī)在編程以及邏輯運(yùn)算方面具有十分強(qiáng)大的性能表現(xiàn)，因此在工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化控制編程中有著十分廣泛的應(yīng)用。目前伴隨煤礦電氣自動(dòng)化控制水平的提高，單片機(jī)在煤礦生產(chǎn)自動(dòng)化控制中也得到了十分廣泛的應(yīng)用。

1 單片機(jī)的工作原理與硬件組成

1.1 單片機(jī)工作的基本原理

目前，基于單片機(jī)強(qiáng)大的編程以及邏輯運(yùn)算性能，在煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中得到了十分廣泛的應(yīng)用。單片機(jī)并不是一個(gè)完成某個(gè)邏輯功能的中央處理芯片，而是以集成技術(shù)，將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成在一個(gè)芯片上，這就使得單片機(jī)像一個(gè)計(jì)算能力相對較弱的計(jì)算機(jī)一樣。與一個(gè)功能完備的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相比，單片機(jī)知識(shí)缺少了I/O設(shè)備。因此，我們可以說，一個(gè)小小的單片機(jī)就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。而從單片機(jī)的功能與用途上看，單片機(jī)就是一種具備在線式實(shí)時(shí)控制能力的計(jì)算機(jī)，能夠通過網(wǎng)絡(luò)或線路實(shí)現(xiàn)對于機(jī)械設(shè)備的現(xiàn)場控制。因此，單片機(jī)需要具備以下特點(diǎn)：其一，抗干擾能力強(qiáng)，能夠適應(yīng)復(fù)雜的工作環(huán)境；其二，成本較低，適合工業(yè)的大規(guī)模生產(chǎn)；其三，體積較小，適合與其他設(shè)備配合使用。

1.2 組成單片機(jī)的硬件

伴隨工業(yè)生產(chǎn)中自動(dòng)化水平的提高，單片機(jī)技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用已經(jīng)得到了較長時(shí)間的發(fā)展，目前在電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中應(yīng)用單片機(jī)已經(jīng)有了較高的可靠性與安全性，單片機(jī)技術(shù)的硬件組成也相對完善。目前，常見的單片機(jī)主要由電源、漏電閉鎖器、儲(chǔ)存器以及通信器這四個(gè)主要模塊構(gòu)成。而一些具備特殊功能的單片機(jī)在組成上會(huì)有所不同，但基本都是在這四個(gè)模塊的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，如圖1所示。

圖1 東芝TMP87C 800結(jié)構(gòu)框圖

2 單片機(jī)在漏電保護(hù)中的應(yīng)用

在煤礦電氣自動(dòng)化控制中，單片機(jī)的漏電保護(hù)功能是系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要保證，對于降低用電安全事故發(fā)生的可能性有著十分積極的意義。而在單片機(jī)的漏電保護(hù)應(yīng)用原理如下，利用零序電流方向與附加直流電源相結(jié)合的帶單片機(jī)，由于零序電流方向具備一定選擇性，因此能夠以附加直流電源對電網(wǎng)的絕緣進(jìn)行檢測。完成檢測后，能夠在單片機(jī)計(jì)算功能的支持下，合理判斷電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)需要進(jìn)行停電管理的范圍，從而準(zhǔn)確限制電路，一方面達(dá)到電氣系統(tǒng)漏電保護(hù)的目標(biāo)，另一方面又能夠合理控制系統(tǒng)停電部分，盡可能降低故障問題對正常生產(chǎn)活動(dòng)的影響。

3 單片機(jī)在風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用

通風(fēng)機(jī)是煤礦生產(chǎn)中的重要機(jī)電設(shè)備，煤礦井下作業(yè)必須要配備通風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)井下作業(yè)環(huán)境的氣流交換，從而確保作業(yè)人員的有氧呼吸。井下作業(yè)的危險(xiǎn)性較高，因而必須要確保通風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行，隨著煤礦開采深度的提高，通風(fēng)換氣需要面對更大的壓力，對通風(fēng)機(jī)功率的要求也隨之增加，針對于此，通風(fēng)機(jī)需要根據(jù)礦井的深度進(jìn)行通風(fēng)量的調(diào)節(jié)，隨著礦井深度的增加提高通風(fēng)能力，避免同一風(fēng)量造成的供氧不足或者是通風(fēng)量過大造成的能源浪費(fèi)[1]。而傳統(tǒng)的煤礦風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，往往都是采用恒速控制系統(tǒng)，使得風(fēng)機(jī)系統(tǒng)對于空氣的輸送始終不變，這與實(shí)際情況的煤礦通風(fēng)要求不符。而在煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，將單片機(jī)應(yīng)用于風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)中，以實(shí)現(xiàn)通風(fēng)量的自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而使礦井不同深度條件下的作業(yè)人員都可以擁有充足的氧氣，于此同時(shí)也可以避免淺層礦井供風(fēng)量過大所導(dǎo)致的能源浪費(fèi)等情況，在確保井下作業(yè)人員安全性的基礎(chǔ)上降低煤礦生產(chǎn)成本。

4 單片機(jī)在井下環(huán)境監(jiān)控中的應(yīng)用

通過單片機(jī)和信息管理技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用可以對煤礦的一氧化碳濃度、瓦斯?jié)舛?、風(fēng)速、溫度以及氣壓等的狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程的動(dòng)態(tài)監(jiān)控和管理，當(dāng)甲烷或一氧化碳等的濃度超標(biāo)時(shí)會(huì)進(jìn)行報(bào)警，并采取斷電以及甲烷風(fēng)電閉鎖等控制措施，還可以將安全問題以及控制狀況等數(shù)據(jù)上傳到總部[2]。同時(shí)，由于單片機(jī)的成本較低，體積較小，使其能夠廣泛應(yīng)用于復(fù)雜的煤礦巷道中，從而提高煤礦生產(chǎn)的安全性。實(shí)踐證明，利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)井下環(huán)境的檢查，能夠及時(shí)獲得各種反應(yīng)井下安全狀況的要素信息，從而為地面控制中心實(shí)現(xiàn)對于煤礦安全生產(chǎn)的有效監(jiān)管，一方面能夠有效提高安全監(jiān)控的范圍，另一方面也能夠有效提高監(jiān)控效率。

5 單片機(jī)在煤礦提升機(jī)之中的應(yīng)用

提升機(jī)的工作狀況直接關(guān)系著煤礦的生產(chǎn)效率，提升機(jī)也是保障作業(yè)人員人身安全的重要設(shè)備。在單片機(jī)應(yīng)用于提升機(jī)之前，煤礦企業(yè)往往都是在煤礦提升機(jī)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路內(nèi)利用金屬電阻實(shí)現(xiàn)對提升機(jī)的調(diào)速和控制，但是金屬電阻存在調(diào)速反應(yīng)時(shí)間較長且能量消耗過高的問題，也會(huì)增加煤礦生產(chǎn)的安全隱患。而利用單片機(jī)0配合提升機(jī)控制PLC系統(tǒng)，可以有效實(shí)現(xiàn)對提升機(jī)的數(shù)字化控制。在這一控制系統(tǒng)中，將以單片機(jī)編程為基礎(chǔ)的變頻防爆提升機(jī)和交流四象限變頻調(diào)速系統(tǒng)的配合是自動(dòng)化控制的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)，輸入、輸出接口的存在使得操作人員可以對提升機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，在確保提升機(jī)人員和物料輸送工作成效的同時(shí)，自動(dòng)化的控制可以避免人為誤差造成的安全事故，提高作業(yè)人員輸送的安全性[3]。

6 結(jié)語

目前，單片機(jī)已經(jīng)被廣泛運(yùn)用于我國煤礦電氣自動(dòng)化生產(chǎn)中的方方面面，包括漏電保護(hù)、風(fēng)機(jī)系統(tǒng)控制、井下環(huán)境監(jiān)控、井下提升機(jī)控制等，使得煤礦生產(chǎn)活動(dòng)的開展變得更加安全高效。因此，要重視單片機(jī)的控制原理與實(shí)際應(yīng)用，不斷探討在煤礦自動(dòng)化生產(chǎn)中的合理應(yīng)用，促進(jìn)我國煤炭企業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展。

[1]閔濤.基于單片機(jī)的煤礦井下環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子世界，2016（13）：61-62.

[2]童世華.基于單片機(jī)的煤礦瓦斯檢測傳感報(bào)警器的設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016（36）：77-78

[3]謝婭婭.淺談單片機(jī)在煤礦井下低壓饋電系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].煤炭技術(shù)，2016（4）：253-255.