单片机在煤矿电气自动化中的应用

单片机在煤矿电气自动化中的应用

闫石

（黑龙江工业学院158100）

摘要：随着科学技术迅猛发展，单片机因其自身具有的算术运算能力和逻辑运算能力等性能，不仅能够让电气化工业设备安全、可靠运行，还可方便运维人员进行检修、操作，被广泛应用到煤矿电气自动化中，受到好评、认同，并在煤矿电气自动化中发挥着重要角色。文章主要从单片机的基本概述出发，分析了单片机在煤矿电气自动化中的应用，希望能为煤矿电气自动化应用提供借鉴。

关键词：单片机；煤矿电气；自动化

科学技术不断发展与煤矿生产模式的改革，推动了煤矿电气自动化进程，而煤矿电气自动化离不开有关设备的技术的发展与应用。单片机作为我国当前电气设备改造与应用中重要组成部分，主要是在硅上集CPU、RAM和ROM电子元件为一体形成自动化控制系统的一种大规模集成电路系统。因自自身具有的优势，能够实时保护与监控电气设备的运行状态，方便人员操作与检修，确保电气化工业设备运行的可靠性与安全性。因此在煤矿电气自动化中应用单片机，能够弥补传统电路系统的不足，让电气自动化系统运行效率得到提高变成可能。

1、单片机的基本概述

1.1基本原理

单片机作为一种大规模集成电路系统，在煤矿电气自动化中工作的原理为在设备运行的过程中，由电压变送器将需要检测的电信号转变成0~1V电压信号，再经过变送器测量放大器将其放大成0~5V电压信号，然后将经过处理的信号传送到CPU，通过CPU内部A/D转换器将电压信号转变成数字信号，并通过逻辑判断对数据加以处理、分析，让数据信号总线缓冲驱动器向继电器发出直接操作或者是闭锁信号，以实时监控系统运行状态。

1.2系统硬件构成

单片机在电气自动化设备中的应用，能够确保设备系统安全、可靠运行，具有方便维护、节约能耗和方便操作的特点。该技术主要由4大模块组成：（1）通信模块。通过远程传输数据通信模块，将监测数据信息传送到矿局域网，这样网内用户可随时随地浏览电气自动化设备的运行状态。（2）电源模块。因煤矿井下过于潮湿，禁止在井下环境中进行带点打开隔爆外壳，当通过电网供电方式在电网上进行电运时，电源模块中的控制单元由中继开关电源供电，一旦系统运行终端，需要调整系统运行参数时，可将电源供电模式切换成电池供电，确保系统正常运行。（3）存储器模块。存储器模块能够高效、快速、准确的储存系统中产生的各种电压、电流与漏电故障信息，这样网内用户即可通过软件设计中查询算法实时查询系统中的历史故障信息，方便人员及时维修。（4）漏电闭锁模块。用于监测绝缘电阻运行状态，一旦绝缘电阻值小于规定值或者是超过限定范围，即可中断绝缘电阻，并向系统中心发出警告。

2、单片机在煤矿电气自动化中的应用

2.1用于漏电保护装置

安全问题作为企业生产的核心，关系到工作人员人身安全与设备的安全运行。而煤矿电气自动化安全供电的落实与漏电保护装置的设置息息相关，因此在漏电保护装置中应用单片机非常重要。例如在传统的漏电保护装置汇总，当绝缘电阻值低于限定值时，继电器在进行运行时通过总馈电开关切断电源，紧接着漏保护装置通过零序电抗器补充电容电流。该漏电保护装置是原件的集成体，极易发生失误操作。而单片机的应用，能够通过单片机的击落判断功能对电源电流异常情况进行判断，并快速切断漏电电源开关，指导线路运行稳定后再重新监测异常线路，防止线路修复和漏电监测过程中发生错误操作。

2.2用于矿井提升机钢丝绳张力监测系统

从我国当前煤矿业提升机的使用现状而言，大部分矿业提升机都是通过交流电拖动完成升降工作的，主要是通过绕线式交流电动机调整电机速度。虽然在控制性能方面，混合线路具有自身优势，但是在运行的过程中负载变动过大，极易受线路复杂和辅助触点多的因素影响，导致启动时间过长。如果在矿井提升机钢丝绳张力监测系统中应用单片机，能够实时测量电流与速度，方便系统平稳启动，以免给机械系统造成强大冲击。此外，还可通过单片机对电阻进行自动切换，无需频繁调整电流继电器的动作值，从而降低电阻烧坏的概率。例如在煤矿提升机钢丝绳张力检测系统中应用AT89C51单片机时，当钢丝绳承受拉力信号经过CMOS8位微处理器后转变成微弱的电压信号后，单片机PO端口能够实时处理电压信号，通过A/D转换器对采集数据信息进行处理，转变成数字信号，在提高矿井提升机钢丝绳张力检测系统性能的同时，降低误码概率。

2.3用于矿井自动抄表系统

在矿井自动抄表系统中应用单片机，其运行能够集体表现在2个部件上：（1）数据采集器。在正常运行情况下，煤矿电气自动化系统的市电转变成电源为单片机运行提供电流后，即可监测电度表电平，让电度表电平发生改变，增加存储区域中的电度表数值。但是在进行操作前，如果标志位电平低于限定值，无法进行计数。因此当标志位电平低于限定值时，单片机只能监测脉冲变化状态，并结合按键电平由高到低进行检测，然后将获取数据信息传输到数码管中。相反，如果在断电情况下，后备电源运行时，虽然单片机无法将显示数据传输到显示屏中，但是能够计数与检测电度表脉冲，再通过单片机重新读取存储器中的数据，实现断电检测。（2）数据集中器。单片机处理具有数据采集功能外，还可充当数据集中器。因单片机作为一种计算机，具有自动化采集功能，能够根据自身运行参数分类整理数据信息，并将经过处理后的数据信息传送到中央数据处理其中，利用中央信息的集中处理性能，提高数据信息采集的利率。

2.4用于变电所运行系统

在进行煤矿生产的过程中，变电所作为重要组成部分，直接影响到整个煤矿电气自动化运行的效率与质量。因此在变电所运行系统中应用单片机，能够通过智能电度表统计用电部门的电能消耗情况，计算平均每小时消耗的用电量、每月用电量和高峰值的超额用电量，一旦矿区用电量在规定负荷最大值以上存在全矿区高峰值的用电量，单片机中的智能电度表会向系统中心发出警告，通知有关人员减少电压输出，保证电压控制在规定值范围内。

2.5用于井下环境的监控

在传统的煤矿井下监控的过程中，一般采用手持直读式检测设备进行监控。该设备检测虽具有一定优势，但是由于设备检测需要在规定时间进行二次检测，极易造成瓦斯聚集引发爆炸，威胁到井下工作人员的生命安全，给煤矿安全生产带来不利影响。而单片机的应用，能够连续不间断检测矿井环境，及时探测井下存在的安全隐患，同时将探测到的位置发送到显示屏中，方便有关人员采取有效措施进行处理，从而确保井下工作的安全性与可靠性。

结束语

综上所述，单片机作为一种新型的微型计算机系统，应用于电气自动化系统的过程中，要想充分发挥单片机性能，提高矿产资源的产量，必须结合系统实际情况，灵活运用到矿井自动抄表系统、漏电保护装置、变电所运行系统、井下环境的监控和矿井提升机钢丝绳张力监测系统等，确保电气自动化系统运行的可靠性与安全性。

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作者简介

闫石（1996-10），男，黑龙江绥化人，黑龙江工业学院14级电气工程及其自动化专业学生。