張志忠

（陽泉煤業(yè)集團(tuán)三礦， 山西 陽泉 045000）

引言

近年來，隨著計算機(jī)控制技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，越來越多的新型控制算法出現(xiàn)在煤礦綜采工作面中，從而使得煤礦綜采工作面對機(jī)械設(shè)備的控制系統(tǒng)也從傳統(tǒng)單一的觸點(diǎn)繼電器控制系統(tǒng)發(fā)展為當(dāng)前的自動化控制系統(tǒng)。煤礦綜采工作面電氣控制系統(tǒng)是保證煤礦自動化生產(chǎn)的基礎(chǔ)[1]。另外，除了新型算法在煤礦綜采工作面電氣控制系統(tǒng)的引入外，也有單片機(jī)和PLC控制器被應(yīng)用到綜采工作面電氣控制系統(tǒng)中。其中，單片機(jī)在綜采工作面電氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用從一定程度上提高了煤炭生產(chǎn)的安全性。

1 煤礦綜采工作面電氣控制系統(tǒng)設(shè)計要求

為了保證煤礦綜采工作面電氣控制系統(tǒng)能夠在工作面惡劣的環(huán)境中發(fā)揮其精確、快速的控制效果，工作面電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計需遵循以下原則：

1）在選用工作面的電氣設(shè)備時，始終選擇防爆性和防塵性優(yōu)越的電氣設(shè)備，保證電氣設(shè)備對瓦斯和粉塵的雙重防爆特性；

2）電氣設(shè)備運(yùn)行過程中盡量避免被水浸泡。在電氣設(shè)備安裝完成后，需對整套電氣設(shè)備進(jìn)行檢查，保證其導(dǎo)線連接處不存在漏電的情況。為了保險起見，一般的電氣設(shè)備均安裝有漏電保護(hù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)將電氣設(shè)備的導(dǎo)線和導(dǎo)線之間的接頭與外界隔離開，并保證設(shè)備運(yùn)行期間，漏電保護(hù)系統(tǒng)處于關(guān)閉狀態(tài)；

3）電氣爆炸是引起煤礦事故的重要因素之一，為此國家對電氣設(shè)備安全出臺了一系列的規(guī)章制度[3]。因此，電氣系統(tǒng)設(shè)計時嚴(yán)格遵守國家對電氣設(shè)備的規(guī)范和要求。

2 單片機(jī)控制流程分析

單片機(jī)是類似于PLC的一種控制器。單片機(jī)應(yīng)用于煤礦綜采工作面電氣控制系統(tǒng)的主要功能是實(shí)現(xiàn)對井下電氣設(shè)備的監(jiān)測和控制。單片機(jī)在電氣控制系統(tǒng)中的工作流程為：通過對綜采設(shè)備工作狀態(tài)的信號采集，并將該信號轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)信號，強(qiáng)化后的數(shù)字信號進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)值的信號；中央處理器轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)值的信號進(jìn)行處理分析后，將傳感器采集的最佳信號值顯示于上位機(jī)中?？偟膩碚f，基于單片機(jī)的電氣控制系統(tǒng)在對模擬量、數(shù)字量數(shù)據(jù)采集后，并可以集中對電壓和功率信號進(jìn)行處理。一般的，單片機(jī)主要采用多通道數(shù)據(jù)傳輸方式，傳輸流程圖如圖1所示：

圖1 單片機(jī)多通道通信流程圖

3 單片機(jī)的確定選型

煤礦綜采工作面電氣控制系統(tǒng)所采用的單片機(jī)應(yīng)根據(jù)以下兩條原則對眾多型號和品牌的單片機(jī)進(jìn)行分類。首先，單片機(jī)的選型應(yīng)充分考慮不同信號單片機(jī)的特性，工作面工作環(huán)境的復(fù)雜、差異性較大。因此，綜采工作面電氣控制器應(yīng)選擇PIC類型的單片機(jī)。主要由于該類型的單片機(jī)具有防水、防爆的功能，而且其使用過程中耗能較少，不需要其它輔助設(shè)備與之配合[4]；其次，考慮到煤礦綜采工作面實(shí)際的生產(chǎn)需求，必須有高效的單片機(jī)控制系統(tǒng)提高工作面設(shè)備的工作效率，進(jìn)而提高煤的產(chǎn)量。

總之，煤礦綜采工作面應(yīng)采用適用性強(qiáng)、綠色節(jié)能、高效的PIC單片機(jī)控制器。

4 單片機(jī)在電氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

4.1 單片機(jī)在工作面監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

單片機(jī)作為對工作面各技術(shù)指標(biāo)信息收集的組成部分之一，其功能是對采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒胩幚砥髦袑ζ溥M(jìn)行分析，以確定當(dāng)前工作狀態(tài)是否安全，并根據(jù)分析結(jié)果發(fā)出相應(yīng)的指令，以保證工作面安全、穩(wěn)定的運(yùn)行[5]。針對綜采工作面溫度、瓦斯?jié)舛纫约岸趸己康谋O(jiān)控為例，基于以傳感器參數(shù)和煤礦安全生產(chǎn)參數(shù)為依據(jù)對單片機(jī)進(jìn)行設(shè)置，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了對工作面溫度、瓦斯以及二氧化碳進(jìn)行監(jiān)控和報警。具體檢測流程圖如圖2所示：

圖2 檢測流程圖

4.2 單片機(jī)在滾筒采煤機(jī)中應(yīng)用

單片機(jī)在滾筒采煤機(jī)中的應(yīng)用主要依據(jù)其對滾筒采煤機(jī)實(shí)時的工作電流進(jìn)行監(jiān)控，進(jìn)而判斷采煤機(jī)當(dāng)前的工作狀態(tài)。根據(jù)對采煤機(jī)工作狀態(tài)的判斷從而實(shí)現(xiàn)對采煤機(jī)的智能調(diào)高，并間接的保護(hù)了采煤機(jī)的驅(qū)動電機(jī)，從而延長了采煤機(jī)的使用壽命。具體工作原理為：由于原煤和巖石的硬度不同，當(dāng)采煤機(jī)滾筒切割到煤或者煤矸石時，其負(fù)載電流值不同，單片機(jī)根據(jù)負(fù)載電流值的變化情況實(shí)現(xiàn)對采煤機(jī)滾筒的智能調(diào)高或者降低，從而保護(hù)了采煤機(jī)的電機(jī)。

4.3 單片機(jī)在提升機(jī)中的應(yīng)用

目前，我國絕大多數(shù)的煤礦通過交流提升機(jī)實(shí)現(xiàn)煤從井下到地面的運(yùn)輸。在提升機(jī)的實(shí)際應(yīng)用，對提升機(jī)的控制精確性往往會受到復(fù)雜的電路、繁瑣的調(diào)整程序等因素影響。因此，提升機(jī)的控制往往是依靠時間、電流雙保險控制相結(jié)合。但是，單片機(jī)在提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)的應(yīng)用從一定程度上解決了這一問題。具體工作原理為：單片機(jī)對提升機(jī)工作時的電流值和繼電器工作的情況進(jìn)行檢測，并獲得此時負(fù)載的橫加速度，一旦發(fā)現(xiàn)檢測到的數(shù)據(jù)值不在標(biāo)準(zhǔn)值范圍之內(nèi)，立刻指揮控制系統(tǒng)做出相應(yīng)動作，即斷開繼電器，從而達(dá)到保護(hù)繼電器的效果，延長了提升機(jī)的使用壽命。

4.4 單片機(jī)在通風(fēng)系統(tǒng)中的應(yīng)用

通風(fēng)系統(tǒng)如果持續(xù)滿負(fù)荷的運(yùn)行，勢必造成電能的過度損耗。單片機(jī)在通風(fēng)控制系統(tǒng)中應(yīng)用的最終效果是達(dá)到節(jié)能減排的目的。具體工作原理為：單片機(jī)將采集到通風(fēng)系統(tǒng)各部分的運(yùn)行參數(shù)傳送到中央處理器中，處理器對當(dāng)前的工作狀態(tài)進(jìn)行判斷分析后，將執(zhí)行的命令轉(zhuǎn)換為信號通過單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對通風(fēng)系統(tǒng)的控制，實(shí)現(xiàn)對通風(fēng)風(fēng)機(jī)的串級調(diào)速和變級調(diào)速。單片機(jī)在通風(fēng)系統(tǒng)中的應(yīng)用主要是實(shí)現(xiàn)了對通風(fēng)設(shè)備的信息化控制。

5 結(jié)語

近年來，隨著單片機(jī)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，使其更加廣泛的應(yīng)用到煤礦綜采工作面的電氣控制系統(tǒng)中。單片機(jī)的應(yīng)用從一定程度上提升了煤礦綜采設(shè)備的使用壽命、提升煤炭開采、運(yùn)輸?shù)墓ぷ餍室约敖档兔禾块_采過程中的能耗等。因此，應(yīng)加強(qiáng)對單片機(jī)的開發(fā)應(yīng)用，使其促進(jìn)我國煤炭行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。