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[摘 要]煤矿开采技术的不断进步下，促使煤矿电气自动化技术的进步，尤其是计算机的应用促使煤矿电气自动化水平提高。单片机是计算机微型化的重要成果，强大的逻辑运算能力与算数功能是主要特点，在煤矿电气自动化系统中发挥了显著作用。本文将对单片机构成、设计原理等具体分析，探究其在煤矿电气自动化系统中的设计与应用。
[关键词]单片机；煤矿电气自动化；设计与应用
中图分类号：TD67 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）40-0040-01
单片机是电气自动化系统中非常重要的设备组成，基于计算机产生的控制器，这种控制器是嵌入式的，智能化与自动化程度较高。在煤矿各项生产中将单片机应用到电气自动化系统中，可以将生产效率提高，且单片机作为微型控制器，是电气自动化的重要标志物，对维护电气自动化系统安全、高效运行有着重要作用，下面对单片机组成、功能、优势以及应用方法等具体分析。
1.单片机概述
1.1 单片机的构成
单片机在电气自动化系统中应用的目的是维护系统安全、持续运行，将维护成本降低，同时还具有节能环保功能。（1）电源。煤矿工作环境较为特殊，潮湿的环境下不能直接将隔爆外壳带电打开，以防止发生安全事故，应用电网供电，继电开关电源供电的方式可使操作更加安全。设定系统参数时，可让系统终止运行，将电源供电转变为电池供电。（2）漏电闭锁。检测绝缘电阻时，如果绝缘电阻与动作值矛盾，就会发出警报信号。（3）存储器。通过软件系统查询，可以方便用户对历史信息进行查阅，还可以对漏电或者故障信息查询与存储，使维护及检修更加方便，增强了信息的共享性。（4）通信。可以实现数据信息的远程传输，及时通过局域网将井下信息传输到生产处理中心，可方便工作人员了解电气自动化系统运行状况。
1.2 运行原理
（1）首先，可以放大信号。通过电压变送器可以将信号转变为电压，通常电压控制在1～2V范围之内。然后在变压器上放大，转变为0～5V电压。（2）其次，可以將已经放大的信号传输到单片机系统控制中心的CPU内，在A/D转换器下处理与计算信号，通过总线缓冲驱动将计量数据显示在屏幕显示器上。（3）最后，信号闭锁原理，通过对数据的逻辑判断可以发出闭锁信号。
2.单片机选型及设计
选型。选型需参考以下几方面：存储器、运行速度、I/O端口、定时器以及模拟电路功能、电路电压、功耗等等。PLC集成度高且体积小，智能性强、型号多；PLC可靠性高、抗干扰性强、设计安装更加容易。通过比较两者在设计软件及硬件上的设计对比，可以发现，PLC的I/O可以直接使用，对传递方式与关联不注重，其指令与程序是单片机程序的简化。除了依据PLC工作特点选用以外，还要依据单片机特点及工程实际选用，如果是重复性不高，控制环境干扰小，对可靠性有一定要求的情况下，可以是用PLC设计，但是成本高，如果应用在较大的工程项目中，应用单片机系统具有成本低、效益好等优势。但是需要设计团队多积累经验，才能保证稳定性。可以通过单片机与PLC结合的设计方案，发挥各自优势。
设计。在不同工作环境下，PLC会有不同的I/O模式与对应的设备，系统设计的主要优势体现在可以安装新的接口模式，即，人-机接口模式，安装该模式以后，可以将操作性能大大提高。在这种系统中可以将人-机对话接口模块安装上，从而将操作性能提高，且更加简单、方便。接口输入需要做好隔离防护，光电耦合器的应用可以将敷设干扰及输入干扰减少，由此，将其作为电流的输入端。触电振动问题长期存在会引发误动作，由此，应用RC滤波器可以将这一问题解决。在设备连接时，为了降低能耗，使安装更加方便可采用PLC模块，这一模块体积小、重量轻，安装更加容易，可真正实现机电一体化。同时，在PLC系统设计中，每个模块均将故障检测系统安装上，通过监视器可以及时对故障部位作出判断。如果PLC模块中有异常，可使用其他模块替代。PLC接线方式类似于梯图语言，与继电器原理相一致，程序内容更清晰。应用改变PLC可以简化系统构造，这是因为PLC的灵活性更高且开放性更强，同时将人-机有效结合起来，共同在同一个平台下操作。但只能在PC操作系统中才能将PLC技术实现，局限性依然存在，实用性仍需要增强。
3.单片机在煤矿电气自动化系统中的应用
3.1 在低压系统漏电保护中的应用
煤矿生产中应用到的设备非常多，其中，集中检漏设备有着非常重要的作用，集中检漏设备无论在功能上还是样式上存在不同，均遵循同样的使用原则，即，零序电抗器补偿电容；绝缘电阻较设定电阻值低，会通过继电器断开电源开关。鉴于系统中误动作发生的可能性较大，由此，可靠性难以完全实现。由此，应用单片机的逻辑判断功能，将电源关闭的同时，可以闭锁检漏回路，在线路基本稳定以后，可再次检漏，从而确保系统运行更加稳定。通过单片机高精度的运算功能，可实现煤矿电气自动化系统可靠性，避免将停电范围扩大。
3.2 煤矿变电所运行记录环节中的应用
作为煤矿重要部门，变电所的安全对煤矿生产有着重要影响。使用单片机智能电度表可起到以下作用。（1）可以计算电荷。在煤矿生产中，节约电能是生产的重要目标，由此，应用单片机智能电度表可以有效控制电能消耗，对用电部门每日用电量进行统计与计算，以方便工作人员进行电量调控。（2）除了可以对电荷计算以外，还可以将统计结果打印出来，包括单位小时内、每日的用电量、用电高峰阶段的用电量等，可以帮助工作人员对超额电量进行分析。
3.3 煤矿井下风机节能中的应用
煤矿生产中，风机起到的作用也很大，包括空气净化、粉尘、污浊气流的排出等等，是井下工作必不可少的设备。井下风压有着严格控制标准，不同生产环节下的空气需求不同。鉴于风机功率较大，应用调速系统可以对井下风机的运行方式进行调节，这也是确保风机经济运行的关键。将信息资料统计到单片机系统内，可以对通风机的性能参数进行检测，然后将结果传输到计算机控制中心。井下应用绕线式的交流电动机可以对风机进行调速，将系统运行效率提高了，同时节省了能源。
结语
本文主要对煤矿电气自动化中单片机的设计与应用进行了分析，表现了，应用单片机可以加速煤矿电气自动化进程，无论是在变电所运行记录、漏电保护还是风机节能上均发挥了重要作用。在煤矿电气自动化程度不断提高，生产技术不断进步下，单片机应用领域将更宽，更好的促进煤矿生产的安全与高效。
参考文献
[1] 孙福兆.单片机在煤矿电气自动化中的设计和应用[J].煤矿机械，2013，34（9）：263-264.
[2] 翟豪杰.浅析单片机在煤矿电气自动化中的设计和应用[J].企业文化（中旬刊），2014（1）：212-212.
[3] 李凯.浅析单片机在煤矿电气自动化中的设计和应用[J].黑龙江科技信息，2017（3）：19.
[4] 马晓颖.浅析单片机在煤矿电气自动化中的应用[J].科技资讯，2011（7）：108-108.
[关键词]单片机；煤矿电气自动化；设计与应用
中图分类号：TD67 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）40-0040-01
单片机是电气自动化系统中非常重要的设备组成，基于计算机产生的控制器，这种控制器是嵌入式的，智能化与自动化程度较高。在煤矿各项生产中将单片机应用到电气自动化系统中，可以将生产效率提高，且单片机作为微型控制器，是电气自动化的重要标志物，对维护电气自动化系统安全、高效运行有着重要作用，下面对单片机组成、功能、优势以及应用方法等具体分析。
1.单片机概述
1.1 单片机的构成
单片机在电气自动化系统中应用的目的是维护系统安全、持续运行，将维护成本降低，同时还具有节能环保功能。（1）电源。煤矿工作环境较为特殊，潮湿的环境下不能直接将隔爆外壳带电打开，以防止发生安全事故，应用电网供电，继电开关电源供电的方式可使操作更加安全。设定系统参数时，可让系统终止运行，将电源供电转变为电池供电。（2）漏电闭锁。检测绝缘电阻时，如果绝缘电阻与动作值矛盾，就会发出警报信号。（3）存储器。通过软件系统查询，可以方便用户对历史信息进行查阅，还可以对漏电或者故障信息查询与存储，使维护及检修更加方便，增强了信息的共享性。（4）通信。可以实现数据信息的远程传输，及时通过局域网将井下信息传输到生产处理中心，可方便工作人员了解电气自动化系统运行状况。
1.2 运行原理
（1）首先，可以放大信号。通过电压变送器可以将信号转变为电压，通常电压控制在1～2V范围之内。然后在变压器上放大，转变为0～5V电压。（2）其次，可以將已经放大的信号传输到单片机系统控制中心的CPU内，在A/D转换器下处理与计算信号，通过总线缓冲驱动将计量数据显示在屏幕显示器上。（3）最后，信号闭锁原理，通过对数据的逻辑判断可以发出闭锁信号。
2.单片机选型及设计
选型。选型需参考以下几方面：存储器、运行速度、I/O端口、定时器以及模拟电路功能、电路电压、功耗等等。PLC集成度高且体积小，智能性强、型号多；PLC可靠性高、抗干扰性强、设计安装更加容易。通过比较两者在设计软件及硬件上的设计对比，可以发现，PLC的I/O可以直接使用，对传递方式与关联不注重，其指令与程序是单片机程序的简化。除了依据PLC工作特点选用以外，还要依据单片机特点及工程实际选用，如果是重复性不高，控制环境干扰小，对可靠性有一定要求的情况下，可以是用PLC设计，但是成本高，如果应用在较大的工程项目中，应用单片机系统具有成本低、效益好等优势。但是需要设计团队多积累经验，才能保证稳定性。可以通过单片机与PLC结合的设计方案，发挥各自优势。
设计。在不同工作环境下，PLC会有不同的I/O模式与对应的设备，系统设计的主要优势体现在可以安装新的接口模式，即，人-机接口模式，安装该模式以后，可以将操作性能大大提高。在这种系统中可以将人-机对话接口模块安装上，从而将操作性能提高，且更加简单、方便。接口输入需要做好隔离防护，光电耦合器的应用可以将敷设干扰及输入干扰减少，由此，将其作为电流的输入端。触电振动问题长期存在会引发误动作，由此，应用RC滤波器可以将这一问题解决。在设备连接时，为了降低能耗，使安装更加方便可采用PLC模块，这一模块体积小、重量轻，安装更加容易，可真正实现机电一体化。同时，在PLC系统设计中，每个模块均将故障检测系统安装上，通过监视器可以及时对故障部位作出判断。如果PLC模块中有异常，可使用其他模块替代。PLC接线方式类似于梯图语言，与继电器原理相一致，程序内容更清晰。应用改变PLC可以简化系统构造，这是因为PLC的灵活性更高且开放性更强，同时将人-机有效结合起来，共同在同一个平台下操作。但只能在PC操作系统中才能将PLC技术实现，局限性依然存在，实用性仍需要增强。
3.单片机在煤矿电气自动化系统中的应用
3.1 在低压系统漏电保护中的应用
煤矿生产中应用到的设备非常多，其中，集中检漏设备有着非常重要的作用，集中检漏设备无论在功能上还是样式上存在不同，均遵循同样的使用原则，即，零序电抗器补偿电容；绝缘电阻较设定电阻值低，会通过继电器断开电源开关。鉴于系统中误动作发生的可能性较大，由此，可靠性难以完全实现。由此，应用单片机的逻辑判断功能，将电源关闭的同时，可以闭锁检漏回路，在线路基本稳定以后，可再次检漏，从而确保系统运行更加稳定。通过单片机高精度的运算功能，可实现煤矿电气自动化系统可靠性，避免将停电范围扩大。
3.2 煤矿变电所运行记录环节中的应用
作为煤矿重要部门，变电所的安全对煤矿生产有着重要影响。使用单片机智能电度表可起到以下作用。（1）可以计算电荷。在煤矿生产中，节约电能是生产的重要目标，由此，应用单片机智能电度表可以有效控制电能消耗，对用电部门每日用电量进行统计与计算，以方便工作人员进行电量调控。（2）除了可以对电荷计算以外，还可以将统计结果打印出来，包括单位小时内、每日的用电量、用电高峰阶段的用电量等，可以帮助工作人员对超额电量进行分析。
3.3 煤矿井下风机节能中的应用
煤矿生产中，风机起到的作用也很大，包括空气净化、粉尘、污浊气流的排出等等，是井下工作必不可少的设备。井下风压有着严格控制标准，不同生产环节下的空气需求不同。鉴于风机功率较大，应用调速系统可以对井下风机的运行方式进行调节，这也是确保风机经济运行的关键。将信息资料统计到单片机系统内，可以对通风机的性能参数进行检测，然后将结果传输到计算机控制中心。井下应用绕线式的交流电动机可以对风机进行调速，将系统运行效率提高了，同时节省了能源。
结语
本文主要对煤矿电气自动化中单片机的设计与应用进行了分析，表现了，应用单片机可以加速煤矿电气自动化进程，无论是在变电所运行记录、漏电保护还是风机节能上均发挥了重要作用。在煤矿电气自动化程度不断提高，生产技术不断进步下，单片机应用领域将更宽，更好的促进煤矿生产的安全与高效。
参考文献
[1] 孙福兆.单片机在煤矿电气自动化中的设计和应用[J].煤矿机械，2013，34（9）：263-264.
[2] 翟豪杰.浅析单片机在煤矿电气自动化中的设计和应用[J].企业文化（中旬刊），2014（1）：212-212.
[3] 李凯.浅析单片机在煤矿电气自动化中的设计和应用[J].黑龙江科技信息，2017（3）：19.
[4] 马晓颖.浅析单片机在煤矿电气自动化中的应用[J].科技资讯，2011（7）：108-108.