林 森

（淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院 計算機(jī)系，安徽 淮北 235000）

1 引言

淮北礦業(yè)集團(tuán)的老礦井大多始建于上世紀(jì)六七十年代，許多設(shè)備老化、技術(shù)落后。該集團(tuán)公司近期通過運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)對老礦井海孜煤礦的井下水泵房進(jìn)行了技術(shù)改造，經(jīng)過半年多的運(yùn)行，各項技術(shù)指標(biāo)穩(wěn)定。其不但實現(xiàn)了煤礦井下水泵的自動調(diào)度運(yùn)行，而且使得水泵運(yùn)行中的各項參數(shù)實現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享，大大減輕了現(xiàn)場工作負(fù)荷，降低了工人的勞動強(qiáng)度。

在此項技術(shù)改造中我們考慮了兩種常見的水位控制方法，一種是主要由單片機(jī)監(jiān)控實現(xiàn)，另一種是由電子器件組成的比較器控制電路實現(xiàn)。相對而言，單片機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要復(fù)雜一些，不但需要硬件接口的物理連接，還需軟件上給予支持。其盡管外圍電路比較復(fù)雜，但人機(jī)交互界面友好，功能上也比較強(qiáng)大，便于過程控制，而且控制精度高、能夠方便地與計算機(jī)實現(xiàn)通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。而由比較控制器組成的電子線路雖然比較成熟，并且結(jié)構(gòu)簡單，無需軟件支持，但是調(diào)試復(fù)雜、難以實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

通過綜合比較，我們決定采用單片機(jī)控制技術(shù)，盡管其成本略高，但在礦井整體綜合自動控制方面較為有利。

2 井下水泵控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理

該礦排水系統(tǒng)采用典型的冗余設(shè)計：三臺主水泵，平時一臺工作、一臺備用、一臺檢修。在平時涌水量小或旱季，只用一臺水泵工作，雨季涌水量大時兩臺水泵同時投入。眾所周知，對于煤礦排水系統(tǒng)水倉而言，不管是旱季還是雨季，水位都必須控制在一定的范圍內(nèi)，水位過低將使水泵吸空，嚴(yán)重時將造成水泵損壞；排水不及時將造成水位過高影響生產(chǎn)。

一般液位控制的工作流程原理為：通過液位檢測機(jī)構(gòu)將得到的液位信號經(jīng)變換電路轉(zhuǎn)換為電流信號，再經(jīng)濾波、放大、A／D模數(shù)轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)處理，并將其與設(shè)定值比較，單片機(jī)將比較結(jié)果輸出的數(shù)字量經(jīng)過D／A數(shù)模轉(zhuǎn)換后再由電動機(jī)構(gòu)執(zhí)行?？刂葡到y(tǒng)采用較為典型的閉環(huán)控制方式。根據(jù)現(xiàn)場的實際要求，系統(tǒng)中引入了計算機(jī)通信模塊。具體結(jié)構(gòu)如下：

圖1 硬件模塊結(jié)構(gòu)

3 硬件模塊設(shè)計

硬件的設(shè)計采用模塊化方法原理設(shè)計。按照功能的不同由下圖模塊組成：

圖2 硬件模塊及功能

首先輸入輸出模塊分為電流／電壓轉(zhuǎn)換電路、A／D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、人機(jī)交互模塊即鍵盤和顯示驅(qū)動電路設(shè)計：

電流／電壓轉(zhuǎn)換電路用于放大浮球式水位檢測器的信號，經(jīng)過A1458芯片及外圍電路組成的多級可調(diào)放大器放大。A／D模數(shù)芯片采用通用的的AD7711ARZ芯片。

單片機(jī)通過P1．0口反復(fù)查詢BUSY狀態(tài)：

若SY＝1，則表示AD7711ARZ完成一次轉(zhuǎn)換。通過單片機(jī)兩次讀取，將數(shù)據(jù)讀入。

當(dāng)R／C＝1，CS＝0，BY12＝0時，讀取高4位；

在R／C＝1，CS＝0，BY12＝1時，讀取低4位；讀取完成后，單片機(jī)將R／C、CS、BUSY置低電平，以備下一次轉(zhuǎn)換。

人機(jī)交互電路接口芯片HD7279的顯示數(shù)據(jù)輸出端兩個口分別跟兩個譯碼器的輸入端相連。面板上的數(shù)字由鍵盤按現(xiàn)場需要進(jìn)行設(shè)定。例如：按下設(shè)定鍵，1—4位數(shù)碼管熄滅，表示該正在等待設(shè)定；若按一次“＋”鍵，水位顯示的數(shù)值加一，滿10自動進(jìn)位；按“－”鍵則相反，減數(shù)不夠則自動借位。輸入錯誤可以用“復(fù)位”按鈕恢復(fù)到原來初始狀態(tài)。設(shè)定完成后，同時按下“模式”和“復(fù)位”按鈕確認(rèn)，此時系統(tǒng)進(jìn)入主程序。

采用發(fā)送、接收控制芯片RS232作為通信電路，由RS232C數(shù)據(jù)線和MAX232芯片同時將單片機(jī)輸出的TTL電平與PC機(jī)能接收的232電平進(jìn)行互譯，組成最簡基本通信電路。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

4．1 流程設(shè)計

所需要的數(shù)據(jù)由鍵盤輸入并保存在R1中，同時水位所在的高度保存在ACC中，通過比較寄存器中R1和R2的數(shù)據(jù)判定上位機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)還是下位機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而確定是否停止／開啟水泵：

若R1＞R2時則開啟水泵幷延時；

若R1＜R2時則關(guān)閉水泵幷延時；

若R1＝R2則直接進(jìn)入延時程序。

延時后重新讀取液位并鍵盤掃描。主程序流程如下：

圖3 程序流程

通過鍵盤的掃描可以確認(rèn)按鍵有否按下：

首先程序通過延時再掃描的方法判定是否因干擾而造成的誤按。如果有鍵按下則根據(jù)不同的鍵號確定輸入的數(shù)據(jù)，然后釋放按鍵，返回主程序。

4．2 主程序

A／D模數(shù)轉(zhuǎn)換初始化：

mov R0，＃0A0H；數(shù)據(jù)放入暫存區(qū)首址

mov R2，＃08H；計數(shù)置初值

setb IT1；置脈沖觸發(fā)器

Setb EA；CPU 開中斷

Mov dptr，＃FEF8H；設(shè)置首地址標(biāo)志

Movx＠dptr，A；觸發(fā)A／D模數(shù)轉(zhuǎn)換

here：sjmp here；等待中斷

中斷服務(wù)程序：

movx A，＠dptr；讀取數(shù)據(jù)

movx＠R0，A；存放數(shù)據(jù)

inc dptr；下一通道

inc R0；更新暫存單元

movx＠dptr，A；觸發(fā)A／D轉(zhuǎn)換器

djzn R2，BACK；檢測終了？

中斷返回：

clr EA；終了，關(guān)中斷

BACK：RETI

主程序代碼：

org 0000H

ajmp loop

org 0100H

loop：acall key；鍵盤掃描

mov R2，P1；P1的數(shù)據(jù)導(dǎo)入acc

cjz R2，R1，H0；當(dāng)acc＝R跳轉(zhuǎn)到 H0

jc H1；當(dāng)acc＜R跳轉(zhuǎn)到H1

set P3．5；當(dāng)acc＞R開泵

jm H0

H1：SET P3．4；當(dāng)acc＞R停泵

jm H0

H0：acall delay

jm loop主程序代碼：

org 0000H

ajmp loop

org 0100H

loop：acall key；鍵盤掃描

mov R2，P1；P1的數(shù)據(jù)傳入acc

cjz R2，R1，H0；當(dāng)acc＝R時跳轉(zhuǎn)到 H0

jc H1；當(dāng)acc＜R時跳轉(zhuǎn)到H1

set P3．5；當(dāng)acc＞R時開泵

jm H0

H1：SET P3．4；當(dāng)acc＞R時停泵

jm H0

H0：acall delay

jm loop

5 結(jié)論

長期以來老礦井的技術(shù)改造是煤礦生產(chǎn)的一個難題。通過此次技術(shù)改造，我們不但提高了老礦井能源的利用率，而且也為老礦井的自動化改造探索出了新的途徑。

［1］張大明．單片微機(jī)控制應(yīng)用技術(shù)［M］．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006．

［2］顧永輝．煤礦電工手冊：第3版［M］．北京：煤炭工業(yè)出版社，2013．

［3］彭伯平．礦井排水泵工［M］．北京：中國勞動社會保障出版社，2007．

［4］李明河．可編程控制器原理及應(yīng)用［M］．合肥：合肥工業(yè)大學(xué)出版社，2009．