的采煤机远程监控系统除污装置设计.pdf

煤炭工程2 0 1 0 年第8 期基于P I C 单片机的采煤机远程监控系统除污装置设计冯小龙，钟虎，孙珍珍，梁兵(中国矿业大学信电学院，江苏徐州2 2 1 0 0 8)摘要：论文介绍了一种基于P I C 单片机的采煤机远程监控系统除污装置的设计。装置的核心处理器采用P I C 单片机1 6 F 8 7 3 A，通过拨码开关设定灵活的冲洗时间，可以自动的对采煤机机栽视频仪外护玻璃进行高压喷水除污。具体阐述了单片机控制、电磁阀控制、拨码开关等几个核心模块的硬件设计，并给出了系统软件流程图。关键词：P I C 单片机；采煤机；远程监控；除污装置中图分类号：T D 6 7 6文献标识码：B文章编号：1 6 7 l 一0 9 5 9(2 0 1 0)0 8-0 1 0 2-0 3D e s i g no nd e c o n t a m i n a t i o nd e v i c eo fr e m o t em o n i t o r i n ga n dc o n t r o ls y s t e mf o rc o a ls h e a r e rb a s eo nP I Cm i c r o c o n t r o l l e rF E N GX i a o l o n g，Z H O N GH u，S U NZ h e n z h e n，L I A N GB i n g(S c h o o lo fI n f o r m a t i o na n dE l e c t r i cE l I g i n e e r i n g，C h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n ga n dT e c h n o l o 舒，X u z h o u2 2 l 0 0 8，C h i n a)A d：T h ep a p e ri n t r o d u c e dt h ed e s i g n0 1 1t h ed e c o n t a m i n a t i o nd e v i c e0 ft h er e m o t em o n i t o r i n ga n dc o n t r o ls y s t e mf o rt h ec o a ls h a r e rb a s eO f lt l l eP I Cn f i c r o c o n t r o l l e r T h ek e yp r o c e s s o r0 ft h ed e v i c ew a st h eP I Cn 五c r o e o n t m l l e r1 6 F 8 7 3 A Aw a t e rc l e a n i n gt i m ef l e x i b l y8 e tb yt h eD I Ps w i t c hw m d db ea u t o m a t i c a l l yt oh a v eah i g hp r e s s u r i z e dw a t e rd e c o n t a m i n a t i o no ft h eo u t e rp r o t e c t i o nd a 鹅f o rt h ev i s u a lc a m e r ao nt h ec 0 旧ls h e a r e r T h ep a p e ri nd e t a i ls a u I t e dt h em i c r o c o n l m l l e rc o n 廿o l，d e c t r i cm s g 1 面Cc o n t r o l，D I Ps w i t c ha n dt h eh 卸剐1 w 卸吧d e s i g no ft h eo t h e rk e y 日d u k s T h ep a p e rp r o v i d e dt h ef l o w c h a r to ft h es y s t e ms o f t w a r e K e yw o r d s：P I Cm i c r o c o n t r o l l e r；c o a ls h e a r e r；r e m o t em o n i t o r i n ga n dc o n t r o l；d e c o n t a m i n a t i o nd e v i c e自动化与信息化是现代煤矿发展的必然趋势，其中工作面自动化是目前矿井自动化研究的重点和难点。在综采工作面上，为了实现采煤机开采的远程可视化监控，采用在采煤机上安装本安兼隔爆摄像仪的方法实时监控采煤机的割顶与割底情况。但由于工作面恶劣的粉尘环境，采煤机机载视频仪外护透明钢化玻璃极易被粉尘污染，且不可能频繁的对其进行人工清洗。为此设计了一种基于P I C 单片机的自动高压喷水去污装置，定时对机载视频仪外护玻璃进行冲洗去污，并且为了适应不同的工作环境，其冲洗时间可以灵活设定。自动喷水去污装置的设计，解决了综采工作面远程可视化开采的一个实际难题，对综采工作面的自动化推进具有一定的实际意义。括1 6 F 8 7 3 A 单片机控制模块、拨码开关模块、电磁阀控制模块几个部分。图1 基于P I C 单片机的自动除污系统框图拨码开关用于设定冲洗时间，其中拨动的开关数交由除污控制微处理器处理。除污控制器的核心处理器选用P I C l 6 F 8 7 3 A 单片机，利用P I C 单片机控制电磁继电器的开、关时间，通过光电耦合开关驱动电磁继电器，实现开关功能。2 系统硬件设计1 系统整体设计2 1图l 为基于P I C 单片机的自动除污系统框图，主要包单片机控制模块M i c r o c h i p 公司推出的P I C l 6 F 8 7 X 系列8 位单片机是采收稿日期：2 0 1 0 0 3 2 1基金项目：国家8 3 6 计划重点项目(2 0 0 8 A A 0 6 2 2 0 2)作者简介：冯小龙(1 9 7 7 一)，江苏大丰人，讲师，博士研究生，现在中国矿业大学信电学院从事教学科研工作。1 0 2万方数据2 0 1 0 年第8 期煤炭工程用精简指令集(R I S C)结构和F L A S H 存储技术的高性能的嵌入式单片机，突出的优点是内部集成了一个在线调试器(I nc i r c 出D e b u g g e r)，可以实现在线调试和在线编程。除此之外，针对单片机应用的特点，从功耗、驱动能力、外围模块设计等方面，H C 单片机也有一些独到之处，如：上电、掉电延时复位保护和看门狗功能，0 管脚驱动能力和抗干扰能力强。该系列单片机的功能基本相近，只是在存储器大小、引脚数目、A D 转换器个数等有所区别，用户可方便地选择最适用的型号。单片机控制模块是电磁继电器控制的核心部分，通过扫描拨码开关输入键个数来确定电磁继电器的开、关时间。图2 为单片机控制模块图。lM C L R，V P P9 0 S C I c R C O1 1R C 0O S CR C l1 21 0 0 s 搜甲R C 21 3R R C r I，O S C 22 2R B l一1R C 31 4膦R B IR C 41 5R()4R C 51 6R C 5V D D2 0。R C 61 7R C 6V S S1 9。RlLR f 71 8R C 7V S S一P I a6 咫7 3 A图2 单片机控制模块1 5 P如图2 所示，将H C l 6 F 8 7 3 A 单片机复位端设为上电复位方式，同时外接频率为4 M H z 的晶振。该单片机的R C 0 一R C 7 口为输入端口，分别与拨码开关的8 个端口相连，用来扫描拨码开关输入键个数。R B l 设置为输出口，用来控制电磁继电器的开、关时间。扫描拨码开关输入键个数，个数为0 时，继电器始终处于关闭状态；个数为1 时，设置继电器的开、关时间各为1 s；以此类推，当扫描到输入键的个数为N 时，设置继电器的开、闭时间为N s。2 2 拨码开关模块拨码开关模块是设置继电器开、闭时间的输入模块，用户可以根据自己的需要设置继电器开、闭的时间。该模块利用接上拉电阻，通过控制节点的高低电平来反映开关的闭合状态。图3 是拨码开关模块原理图。l 配4R C 5R C 6R C 7R C 0R C1R C 2R C 3S W图3 拨码开关模块图3 中将拨码开关的闭合端接上拉电阻，以保证开关的未输入状态是高电平，以防止单片机复位的时候，它的输入状态是未知的，从而影响开关键的输入。拨码开关的开启端接地，当单片机某个输入端口的输入状态是低电平时，则说明连接该端口的拨码开关被开启。2 3 电磁阀控制模块电磁阀控制模块是电磁继电器的控制部分，控制着继电器的工作。本设计采用H C l 6 F 8 7 3 AR B I 引脚输出控制电磁继电器的闭合与断开。图4 是电磁阀控制模块图。图4 电磁阀控制模块当单片机的R B l 引脚输出高电平时，光电耦合开关u 1截止，继电器K l 的l、2 脚无电位差，继电器衔铁释放，继电器常开触点释放，即继电器K 1 的3、4 脚相连，相当于开关断开；当单片机的P t B l 引脚输出低电平时，光电耦合开关u 1 饱和导通，与u 1 相连的2 4 V 电源作用到继电器K 1 的1、2 脚两端，通过电磁感应，继电器吸合，其常开触点闭合即继电器K l 的3、5 脚相连，接通外接的2 4 V电压，电磁继电器开启。另外当光电耦合开关u 1 截止瞬间，继电器K l 的l、2 脚的线圈中的电流不能突变为零，继电器线圈两端会产生一个较高电压的感应电动势，应在1 0 3万方数据煤炭工程2 0 1 0 年第8 期继电器K l 的l、2 脚并上一个二极管D 2，使线圈产生的感应电动势通过D 2 释放，消除感应电动势对其他电路的干扰。同时接电容c 7 起到对电路的滤波作用。3 软件设计H C l 6 弼7 3 A 控制软件在M P L A BI D E 环境下用C 语言开发，利用H i t c h 公司开发的P I C c 编译器进行编译。继电器控制软件源程序中：先通过调用v o i di m t()函数将G P I O 口进行初始化，即将R C 口设置为输入口，R B I口设置为输出口；然后判断R C 口的拨码开关为高电平的个数，通过u i n tt e s t(u c h a rx)实现；最后通过继电器开与关的函数v d d 鸵g(u i n ts)控制继电器的开关时间，当继电器为开的时候将R B I=0，反之则为关。从而完成继电器的控制过程。其流程如图5 所示。最后通过S U P E R _ P R O3 0 0 0 U图5 应用程序流程图编程器将目标文件烧写到H C l 6 礴7 3 A 中，当对控制电路加电运行时，继电器可以在设定的时间内反复通断，来控制高压喷水，从而实现了自动对采煤机机载视频仪外护玻璃的除污。4 结语本文完成了一种基于H C 单片机1 6 F 8 7 3 A 的采煤机远程监控系统除污装置的设计，通过拨码开关来灵活控制冲洗时间，对采煤机机载视频仪外护玻璃自动进行高压喷水除污。并且由于H C 单片机较强的抗干扰能力，保证了该装置能够在综采面采煤机等大功率设备较强的电磁干扰环境下正常工作。该装置的设计，解决了综采工作面远程可视化开采的一个实际难题，对下一步综采工作面的自动化推进具有一定的实际意义。参考文献：1 周俊峰怎样选用继电器 M 北京：国防工业出版社，1 9 8 5 2 赵祥明，赵英倩P I C l 6 飓7 X 单片机的开发和应用 J 天津理工学院学报，2 0 0 3，(0 2)：5 0 5 2 3 张建政，张建辉，刘伟基于H C 单片机的新型冲水器的设计E J 微计算机信息，2 0 0 7，(2 0)：7 0 7 1 4 罗翼，张宏伟P I C 单片机应用系统开发典型实例 M 北京：中国电力出版社。2 0 0 5 5 武锋，陈新建H C 单片机C 语言开发A t M 北京：北京航空航天大学出版社。2 0 0 5(责任编辑赵巧芝)(上接第1 0 1 页)4 社会经济效益4 1经济效益新风机安装改造后，与原系统相比：原系统参数：电机为绕线式异步电动机，额定功率为：1 0 0 0 k W，额定转速为9 8 8 r m i n；风机为单级轴流式风机，额定转速为：9 8 5#m i n，额定风量为1 5 2 m s，风机最高静压为4 3 7 6 P a。新风机安装改造后，电机为鼠笼式异步电动机，额定功率为2 8 0 0 k W，额定转速为7 4 6#I I l i n；风机为单级轴流式风机：额定转速为7 4 5#m i n，额定风量为3 9 5 m s，风机最高静压为4 7 7 8 P a。根据煤矿安全规程矿井对风量的要求。原风机提供的二水平风量为7 9 0 0 m m i n，新风机安装改造后提供的二水平风量为1 4 5 0 0 m m i n，按照吨煤利润计算，不仅为矿增加了利润，对于风机的维护费用及人力投入也都大大减少。4 2 社会效益1)新风机系统安装改造后为平煤天安六矿增产计划提1()4供了有效保证，还提高了矿井的安全系数改善了工人作业环境。2)就新风机后期运行维护上来说，后期维护方便，减少了一般机电事故发生的几率，提高了运行可靠性，减少了维修人员的工作量。3)因为风机叶片角度可以根据负荷情况进行调节，这样可以做到根据矿井实际需要风量进行调节，可以避免矿井用风的损失，从而节能，提高企业经济效益。参考文献：1 罗自明，裴香娟，张来有，李慧萍矿井主通风机技术改造 J 煤，1 9 9 8，(0 3)2 赵延惠，陈晓峰矿井2 K 一6 0 主通风机的技术改造 J 机电产品开发与创新，2 0 0 5，1 8(0 4)：3 5 3 王玉涛；矿井主通风机及电控系统升级换代技术改造 J 山东煤炭科技，2 0 0 6，(4)4 郭顺清，张敬军，于世功，崔忠矿井主要通风机风量调整方法初探 J 中州煤炭，2 0 0 7，(6)：3 3 3 5 5 吴中立矿井通风与安全 M 徐州：中国矿业大学出版社，1 9 9 7(责任编辑赵巧芝)万方数据基于PIC单片机的采煤机远程监控系统除污装置设计基于PIC单片机的采煤机远程监控系统除污装置设计作者：冯小龙，钟虎，孙珍珍，梁兵，FENG Xiao-long，ZHONG Hu，SUN Zhen-zhen，LIANG Bing作者单位：中国矿业大学,信电学院,江苏,徐州,221008刊名：煤炭工程英文刊名：COAL ENGINEERING年，卷(期)：2010，(8)被引用次数：0次 参考文献(5条)参考文献(5条)1.周俊峰 怎样选用继电器 19852.赵祥明.赵英倩 PIC16F87X单片机的开发和应用 2003(2)3.张建政.张建辉.刘伟 基于PIC单片机的新型冲水器的设计 2007(20)4.罗翼.张宏伟 PIC单片机应用系统开发典型实例 20055.武锋.陈新建 PIC单片机C语言开发入门 2005 本文链接：http:/