国家能源集团神东煤炭公司寸草塔煤矿 内蒙古鄂尔多斯 017209
摘要：煤炭资源是国家的重要能源之一，在煤炭工程实践中，煤矿电力智能控制系统极为关键，因而基于PIC单片机的煤矿电力智能控制系统设计备受业内人士关注。文章介绍了PIC单片机相关内容，分析了增设PIC单片机的程序问题，并从硬件与软件等方面，探讨了基于PIC单片机的煤矿电力智能控制系统设计。
关键词：PIC单片机；煤矿；电力智能控制；系统设计
1前言
煤矿电力智能控制系统设计是一项系统性较强的工作，如何在其设计过程中融入PIC单片机方法，对于提升设计效果，保证煤矿电力智能控制系统的应用效果极为关键。基于此，本文展开了详细论述，表达了个人观点。
2概述
近些年来，我国不断地遭受极端天气，尤其是寒冷侵袭，在产能方面就有了更多的要求。能源的供应主要依靠煤矿系统。但是普通的煤矿系统只能达到设计产能的85%左右，这个统计还是较为理想的数值，当碰到了极端天气，这一数值还可能处于更低。这不仅不能很好的将煤矿资源利用，还会造成很大的空气污染。此时，我们就在煤矿系统原有的基础上加以改进，不断的提高该系统中的技术参数和配套零件，充分的完成对煤矿系统的转型。其中最为重要的还是启用了PIC控制装置，这项调整可以根本上改善燃烧的效率，解决了我国因能源供应紧张带来的各个方面的压力。
山区中的PIC控制器的控制的特征，是利用矿区监测系统的来监测矿区的燃烧量数值，并将数据传输到PIC控制器的数据处理系统，系统根据事先设定好的燃烧量额定值对系统的阀门进行开关的控制，从而实现对整个系统的控制。除此之外，PIC微型控制器工作优势也很明显，它处理数据的速度很快能在短时间内分析出矿区的燃烧量，并立刻做出回应；同时该系统的操作也很容易，在操作界面上可以轻松实现自定义的操作界面，方便每一个使用者，最出彩的特点还是该系统具有报警系统，能够预测出危险的存在。
3PIC单片机
PIC单片机是一种用来开发去控制外围设备的集成电路（IC），一种具有分散作用（多任务）功能的CPU。它采用CISC结构的单片机数据线和指令线分时复用，即所谓冯·诺伊曼结构。它的指令丰富，功能较强。PIC单片机与传统的MCS-51系列单片机的主要区别有以下3点：
3.1总线结构
MCS-51单片机的总线结构是冯·诺依曼型，计算机在同一个存储空间取指令和数据，两者不能同时进行；而PIC单片机的总线结构是哈佛结构，指令和数据空间是完全分开的，一个用于指令，一个用于数据，由于可以对程序和数据同时进行访问，所以提高了数据吞吐率。正因为在PIC单片机中采用了哈佛双总线结构，所以与常见的微控制器不同的是程序和数据总线可以采用不同的宽度。数据总线都是8位的，但指令总线位数分别位12、14、16位；
3.2流水线结构
MCS-51单片机的取指和执行采用单指令流水线结构，即取一条指令，执行完后再取下一条指令；而PIC的取指和执行采用双指令流水线结构，当一条指令被执行时，允许下一条指令同时被取出，这样就实现了单周期指令；
3.3寄存器组
PIC单片机的所有寄存器，包括I/O口、定时器和程序计数器等都采用RAM结构形式，而且都只需要一个指令周期就可以完成访问和操作；而MCS-51单片机需要2个或2个以上的周期才能改变寄存器的内容。
除此之外，PIC单片机还具有指令单字节化，精简指令集，寻址方式简单，代码压缩率高，存储器容量大，运行速度高，功耗低，驱动能力强等特点。针对煤矿电力系统对数据采集精度高和控制系统响应速度快的要求，本文设计了基于PIC单片机的控制系统。
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4增设PIC单片机的程序（指令）
4.1输出端口刷新
PIC单片机的I/O口很容易受到外部信号的干扰，输出口的状态可能发生改变。在应用程序中周期性地添加输出端口刷新指令，可以降低干扰对输出端口状态的影响。设置当前输出状态寄存器，单片机不断地查询输出状态寄存器的状态信息，一旦出错及时纠正。在控制程序中，应循环执行控制外设的指令，在外设端口受到干扰而发生状态变化时，重复执行的控制指令能使设备恢复正常状态。
4.2存储器中增加必要的指令和程序
在程序存储器中总会有一些区域未使用，如果因干扰导致PIC单片机的指令计数器PC值被置错，程序会跳到这些未用的程序存储空间，系统就会出错。在程序存储器的未使用区域中加上若干条空操作和无条件跳转指令，在程序跳到这些未用区域时，就会执行空操作和无条件跳转指令，转入出错处理程序。
5基于PIC单片机的煤矿电力智能控制系统设计探讨
5.1系统硬件设计
煤矿电力监控系统由矿井电网监控中心、工业以太网和各个变电所构成。其主要功能包括：①数据测量。电压、电流、功率、电度监测以及开关分、合状态等开关量监测；②数字量控制。远程分合闸操作；③调整。远程保护整定；④故障录波；⑤微机保护。
5.1.1数据采集
现场监测的数据主要包括电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、电量和开关合/分闸状态等电力参数。本文采用的是Michrochip的PIC16F877单片机，该型号单片机包括模拟量输入端口，通过单片机内部的A/D转换通道进行转换，不需要另外扩展A/D转换器，简化电路，降低成本。单片机A/D转换器的参考电压采用外部输入电压，这就需要在单片机的外部添加一个电压基准专用芯片，本文采用了开关电源LM2671以及运算放大器LM358AN构成的基准电压电路。
5.1.2控制信号的输出
本文控制系统可在地面主机上对井下智能隔爆开关进行分/合闸控制、定值整定、故障诊断等。隔爆开关的分/合闸控制需要通过单片机输出一个数字量（0或1），根据电路的设计，0代表合，1代表开。同时单片机还能输出模拟量进行定值整定。
5.1.3时钟电路
单片机时钟电路是用来配合外部晶体实现振荡的电路，这样可以为单片机提供运行时钟。单片机内部具有一个自激振荡电路，可以通过内部自激振荡或外部时钟源来驱动内部时钟电路产生系统时钟信号。
5.1.4声光报警电路
当现场发生故障或者即将要发生故障时，传感器的测量数据会超出某个范围。在本文设计的监控系统中，通过软件设置传感器的上下限，如果现场的测量数据超出该范围，则将显示器上的数据标红显示，同时在现场中装有蜂鸣器和报警灯，从而提醒工作人员及时抢修或远离现场。
5.2系统软件设计
5.2.1数据采集采集现场的传感器数据，包括电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、电量和开关合/分闸状态等电力参数；
5.2.2数据显示采集的传感器数据通过2种方式显示在显示屏上：①数据表格显示；②变化曲线显示。2种方式不但能直接地显示当前现场的电压、电流等物理量，而且能描绘出电流和电压的变化趋势，具有很大的分析价值；
5.2.3数据存储为了便于后续的数据分析，该控制系统软件还能将测量数据进行保存；
5.2.4数据、曲线的打印功能。
6结束语
总之，在当前各种条件下，煤矿电力智能控制系统设计工作中依旧存在着多方面的问题，有关人员应该从这些问题的客观实际出发，深层次分析其原因所在，充分利用自身既有优势资源与条件，深度融入PIC单片机应用优势，保证设计效果的稳定性。
参考文献：
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[2]郝海燕，张玉叶.单片机应用系统中的可靠性技术研究[J].科技信息.2017（01）：115-116.
[3]朱敏，任俊新.单片机应用系统的可靠性设计[J].测控技术.2016（21）：88-89.
论文作者:李冠群
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第2期
论文发表时间:2018/5/10
标签：单片机论文; 指令论文; 煤矿论文; 数据论文; 控制系统论文; 系统论文; 电力论文; 《建筑学研究前沿》2018年第2期论文;