單片機在煤礦電氣自動(dòng)化控制的應用論文
摘要：分析煤礦電氣自動(dòng)化控制設計的相關(guān)要求和單片機應用及系統設計的相關(guān)建議，單片機在電氣自動(dòng)化技術(shù)的應用路徑。
關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C；煤礦電氣自動(dòng)化；控制技術(shù)概述
煤炭經(jīng)濟是國民經(jīng)濟發(fā)展的重要產(chǎn)業(yè)。對社會(huì )穩定、能源安全等方面有很大影響，要求引入計算機的制造集成系統，讓煤炭的生產(chǎn)發(fā)展得到一定保證。計算機制造系統的優(yōu)勢發(fā)揮，關(guān)鍵在單片機技術(shù)的實(shí)踐應用。因此，對煤礦電氣自動(dòng)化中單片機的具體分析，有著(zhù)重要意義。煤礦電氣控制技術(shù)主要為電動(dòng)設備的傳動(dòng)裝置系統服務(wù)。這種裝置主導部分是電力控制系統，把實(shí)現電氣自動(dòng)化作為主要的工作目標。單片機的應用可以對社會(huì )的生存環(huán)境進(jìn)行改善，單片機在煤礦電氣自動(dòng)化中的應用重要性越發(fā)突出。
1單片機在電氣自動(dòng)化技術(shù)的應用路徑
近年來(lái)單片機的應用日趨廣泛，主要表現在保護電氣設備和監控方面，遠離表現為，電壓信號傳送時(shí)經(jīng)過(guò)CPU的轉換成為數字信號，由計算機進(jìn)行處理分析，此基礎上，以總線(xiàn)的緩沖驅動(dòng)器來(lái)做信號閉鎖的設定，以達到閉鎖目的。其在電氣自動(dòng)化的應用中，體現在運行監控、漏電保護、調度改造、風(fēng)機管理等方面。
1.1在漏電保護中應用
作為井下安全供電的要求之一，漏電保護的目的在于預防觸電事故發(fā)生，其原理是將絕緣電控制到規定數值內，保護繼電器得運作，電源可以被總饋電的開(kāi)關(guān)切斷，在電容電流的補償方面，借助電抗器來(lái)實(shí)現。為提高可靠性，要增加硬件電路組成，單片機的P3.1與P3.2接24C08作掉電保護控制；由P3.3作欠壓保護電路；由P3.7作程序控制復位電路。當電機發(fā)生過(guò)流時(shí)，由P3.6位使繼電器跳閘，電機斷電。當過(guò)載時(shí)，由P3.4位給出報警信號。同時(shí)，設有74LS244，用于過(guò)載、欠壓、欠流、過(guò)流與報警信號的顯示電路。在單片機的應用下，與零序電流的方向結合，在零序電流通過(guò)絕緣檢測后，單片機的運算功能和判斷功能就能夠發(fā)揮出來(lái)，在工作電阻值平穩下，停電的范圍將縮小。選擇性的漏電保護裝置在工作中的動(dòng)作電流大、工作時(shí)間長(cháng)會(huì )影響到操作安全。因此，利用零序電流的方向和單片機應用相結合，進(jìn)行實(shí)時(shí)保護，建立選擇性漏電保護，在實(shí)現高精度運算，提高可靠性的同時(shí)，減少規模停電的問(wèn)題。
1.2在運行監控中應用
在煤礦生產(chǎn)活動(dòng)中，用電量的統計方面大多是由操作人員進(jìn)行實(shí)現，不僅難以控制用電量，工作強度也很高。這種情況需考慮引入智能電度表，裝置優(yōu)勢為分時(shí)段累計用電量。用電超負荷狀態(tài)時(shí)，系統就會(huì )發(fā)出報警，調度室要做好處理。其中智能電度表構成主要是以傳感器，單片機和外圍設備為主，或者用單片機檢測、微型機構組成。從監控系統看，原始的井下檢測。監控裝置以手持直讀式為主，間隔變化難以辨識。若兩次測量的間隔瓦斯聚集，會(huì )引起爆炸。檢測系統的應用，通過(guò)礦井環(huán)境的參數，有利于提高礦井安全，針對可能風(fēng)險進(jìn)行提前預警。煤礦電氣自動(dòng)化技術(shù)通過(guò)單片機來(lái)實(shí)現井下監控。對煤礦工作來(lái)說(shuō)，安全工作最重要，想對項目集中管控，就要對井下操作數據進(jìn)行傳遞和管控，建立數據收集機制。對井下工作進(jìn)行環(huán)境監測，能為施工人員的安全提供保障，也為指揮人員提供決策參考，保證工程的有序進(jìn)行。單片機在電氣自動(dòng)化技術(shù)中，可以在提高監測水平同時(shí)，確保檢測數據的連貫性，有效的改善工程管理效果。就是說(shuō)，單片機能有效的保證人員安全，對隱患進(jìn)行預測。
1.3在調度改造中應用
煤礦電氣自動(dòng)化控制技術(shù)中，單片機調度體現在電機的調度、滾筒、采煤機電動(dòng)等方面。比如井下電機的調度系統，被賦予了很多功能（電機車(chē)位置的跟蹤、信號燈的指示、電機車(chē)的全盤(pán)調度）整個(gè)系統的運行中，利用可編程序對系統進(jìn)行布控，優(yōu)勢體現在控制裝置的體積小、靈活性和功能性強。在滾筒采煤機系統調動(dòng)方面，主要考慮煤層的厚度不同，同時(shí)在采煤過(guò)程中要調整采煤機。技術(shù)改造方面，以礦井提升機為例，原有技術(shù)注重調整繞線(xiàn)式的交流電機轉子串電阻的方法，其控制線(xiàn)路復雜。將單片機引入做技術(shù)改造，能夠測量電流、速度等。在控制系統的運行中，單片機能通過(guò)電流、速度，得出實(shí)際負載并以此作為依據來(lái)控制負載，解決了啟動(dòng)電阻燒壞和頻繁的調整繼電器的動(dòng)作值等問(wèn)題。煤礦自動(dòng)化技術(shù)通過(guò)單片機進(jìn)行技術(shù)改造。項目管理中，操作人員用單片機來(lái)實(shí)現技術(shù)改良，對速度、電流進(jìn)行實(shí)時(shí)測試。煤礦自動(dòng)化技術(shù)應用單片機，能對井下的電機進(jìn)行調度，確保調高系統穩定運行，持續的測量定子電流，做到負荷結構有效收集，來(lái)提升整體的工作效率。
1.4風(fēng)機管理自動(dòng)化的應用
煤礦自動(dòng)化技術(shù)通過(guò)單片機來(lái)實(shí)現風(fēng)機的節能。煤礦工作中，風(fēng)機是非常重要的設備，承擔著(zhù)空氣供給的職責，風(fēng)機有維護煤礦工作人員安全的作用，為煤礦工作的開(kāi)展建立良好的環(huán)境。在使用時(shí)，針對礦井的下風(fēng)速風(fēng)壓進(jìn)行細化處理，以確保管理模型符合各階段的需求。調速系統一般采取繞線(xiàn)式交流電機，一部分企業(yè)用的是鼠籠異步電機，目的是為了有效的調節風(fēng)速。單片機使用頻率大，是因為減少了電路控制的難度，能提高其穩定性，在優(yōu)化精度基礎上，減少設備成本。例如，采用PT1000溫度傳感器檢測環(huán)境溫度（溫度檢測精度0．01℃），根據環(huán)境溫度變化控制風(fēng)機降溫，并具備按鍵手動(dòng)設定溫度上下限、聲光報警等功能。風(fēng)機溫度控制面板示意圖如圖1所示。具體技術(shù)要求及功能說(shuō)明如下：①環(huán)境溫度在設定溫度范圍內時(shí)，綠色LED亮，風(fēng)機不工作；②當環(huán)境溫度接近設定溫度上限時(shí)（5℃之內），黃色LED亮，風(fēng)機低速工作，蜂鳴器發(fā)出3聲500Hz報警聲；③環(huán)境溫度高于設定溫度上限時(shí)，紅色LED亮，風(fēng)機全速工作，蜂嗚器長(cháng)響。④采用雙風(fēng)機分時(shí)工作。風(fēng)機大多數是晝夜不間斷地輸送空氣，耗費的電力很大，工作部門(mén)只有了解風(fēng)機工作特點(diǎn)，才能合理利用風(fēng)機，提高煤礦經(jīng)濟效益，減少能源消耗。以往的人工調整，遇到山頂煤的開(kāi)采情況，很難進(jìn)行調整，采煤機易受損，滾筒采煤機是以單片機為主要構成部分，能對采煤機驅動(dòng)電機的過(guò)程進(jìn)行測定，比如定子電流的數值，就是以此作為依據進(jìn)行負荷的測定，負荷值過(guò)大時(shí)，單片機就會(huì )控制量的輸出，調整采煤機的高度。
2煤礦電氣自動(dòng)化設計相關(guān)建議
2.1明確系統功能
盡管在煤礦自動(dòng)化設計中，應用單片機的優(yōu)勢較為明顯，但仍需注意控制系統設計中需要滿(mǎn)足的程序功能。比如自動(dòng)化保護功能，考慮到線(xiàn)路設備運行中，運行電流超出了允許范圍時(shí)，需通過(guò)保護設備自動(dòng)調整。井下電機車(chē)的調度系統被稱(chēng)為井下“集、信、閉”，對全礦的井下電機車(chē)統一調度，防止運輸事故發(fā)生，保證煤礦的安全生產(chǎn)。電機車(chē)的統一調度包括井底電機車(chē)調度、岔道信號燈指示、電機車(chē)鋼軌實(shí)際位置追蹤、道岔自動(dòng)移位和道岔密貼的監視、尾車(chē)自動(dòng)監視。通過(guò)可編程序的控制器來(lái)實(shí)現井下電機車(chē)的調度，大大簡(jiǎn)化了控制線(xiàn)路，整個(gè)過(guò)程均通過(guò)軟件實(shí)現，功能性強，靈活性大，控制裝置小，是井下電機車(chē)調度的發(fā)展方向。煤層厚度在開(kāi)采中存在著(zhù)一定的變化，這要求采煤機開(kāi)采的高度隨著(zhù)煤層厚度進(jìn)行調節，傳統是由工人進(jìn)行人工調整，開(kāi)采上頂煤時(shí)，會(huì )經(jīng)常遇到巖石，大大減少采煤機壽命，甚至燒壞采煤機的驅動(dòng)電機，對此可用滾筒采煤機來(lái)自動(dòng)調高，從而解決問(wèn)題，單片機組成的系統在線(xiàn)測量采煤機的驅動(dòng)電機定子電流，通過(guò)定子電流值算出負荷變化，由于巖石比煤要硬，遇到巖石負荷就會(huì )增大，當電機的低定子電流增量大于某正值時(shí)，輸出控制量會(huì )使采煤機高度進(jìn)行調整，繞過(guò)巖石。能夠提高采煤機壽命。
2.2數據模塊設計
數據模塊設計分為采集模塊和傳輸模塊。采集模塊要做好數字量數據、模擬量數據、電能量數據的記錄，并向上級系統傳輸信號，經(jīng)信號的識別，進(jìn)行通信。通信模塊中輸入數據時(shí)，模塊要做好分類(lèi)工作，完成數據解析過(guò)程。（1）數據采集模塊，煤礦電氣自動(dòng)化的數據采集模塊在各線(xiàn)路中各數據參量類(lèi)型和數量都不同。模擬量數據，主要有線(xiàn)路電壓、母線(xiàn)電壓、無(wú)功功率、有功功率和主變壓器電流等參數。電路中通過(guò)電流信號和交流電壓的瞬時(shí)值，進(jìn)行A/D運算，得到被測電壓有效值。數字量數據有繼電器保護信號，運行警報信號等。在電流回路中加上比較高的電壓避免因觸點(diǎn)的接觸不良產(chǎn)生誤差，電能量數據包括，有功電能和無(wú)功電能。采集系統通過(guò)電能量數據、模擬量數據、數字量數據和信號傳輸系統進(jìn)行控制監管，在得到控制指令后將其轉換成信號。通過(guò)信號識別數據的采集末端就可進(jìn)行通信。（2）數據傳輸模塊，在煤礦電氣自動(dòng)化技術(shù)數據傳輸模塊中，采用多通道的傳輸模式，該�？旃δ芡ㄟ^(guò)不同參數進(jìn)行數據分析后，發(fā)送給自動(dòng)化系統應用平臺。將數據輸入到模塊，進(jìn)行數據分析，再通過(guò)數據分析，將數據進(jìn)行分類(lèi)，通過(guò)通道傳輸，最后對數據進(jìn)行解析。
3總結
煤礦事業(yè)對我國的經(jīng)濟發(fā)展有重要作用，建構有效系統化的機制可以提高產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進(jìn)程，利用單片機確保產(chǎn)量升級，保證機械化水平優(yōu)化，推動(dòng)控制技術(shù)的提高，為煤礦自動(dòng)化發(fā)展奠定基礎。
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