单片机在电气自动化控制中的应用

崔祜海 王 豫

（1.浙江微通催化新材料有限公司 2.浙江省遂昌金矿有限公司）

0 引言

近几年，单片机已经逐渐发展成熟，在市场上得到大规模应用，各行各业对于单片机均有需求。从目前来看，单片机可分为多个系列，其中包含PIC系列以及AVR系列等，可以对各行业提供不同的功能。本文将对单片机在电气自动化控制中的应用进行深入研究。

1 单片机的主要设计结构

单片机是一种嵌入式微控制器，主要由控制器、存储器以及运算器等组成，可以将其理解为集成芯片，具备多种功能，其中包含定时器、数据存储器等。在实际运行过程中，主要依靠控制器来开展所有工作，从而确保实施过程能够完全根据控制指令操作。具体的操作步骤应当先在存储器之中提取出对应的指令，随后到编码器之中实行编号，将完成后的编码结果传送到逻辑电路，最后将其转变为不同类型的信号，到达相应的控制部件之中，完成全部工作流程。具有体积小的优势，还可将其放置于仪表的内部。对于精简指令集性能的单片机的工作频率为（1／机器周期）＝时钟频率（1／时钟周期），对于普通的51单片机来说，频率是1MHz，时钟周期是1／12μs（1除以12M），机器周期为12倍的时钟周期1μs，周期与频率互为倒数，1s，相当于频率是1Hz，也就是1／1s＝1Hz，那么1／1ms＝1／0.001s＝1000Hz。

2 单片机在电气自动化控制的具体应用

2.1 单片机在汽车制造当中的应用

根据调查研究显示，中国已经连续十二年成为全球最大的汽车市场，它的普及化对人们的生活发展起到关键性作用，当前汽车作为主要的交通工具之一，在路途中增加了一定的舒适性，相较于自行车道、电动车和摩托车，它可以在严峻天气下为人们创造出舒适的环境，同时还可以为交通带来便捷，带动相关工业的发展。随着汽车的数量越来越多，也使得汽车制造行业逐渐出现在人们的视野中，单片机应用于汽车行业当中，可以改善系统运行状态，提升汽车系统工作水平［1］。汽车主要由电气设备、车身以及发动机组成，整体结构比较复杂，各个部件均对汽车的运行起到关键性作用，因此应当严格注意其精密度，避免部件生产差错导致造成不可挽回的后果。在整个生产过程中，应当着重注意测量，对整体制造过程进行全面控制，主要包含着前期设计与后期制造，从而对每个生产的零件进行精准测量，提升合格率。

在实际应用中，首先应当掌握好汽车部件对应的数据参数，随后依据各项数据对生产出的部件进行检验，筛选出不合格的部件，确保最终使用的部件符合标准［2］。在汽车生产过程中，不仅需要关注各个组成部件的精准度，还需要关注核心元件安装工序，保证汽车构成部分能够保持良好精准性。只有将生产重点放在该方面，才能够保证后续工作的顺利开展，改进当前的安装流程，为今后的设计与生产奠定基础。单片机应用于汽车制造领域当中，可以首先从设计与生产入手，帮助测量更加精准化，确保产品质量。为了不断提高测量的精准度，还需要相关工作人员对零件数据进行设计，保证汽车设计的合理与科学性，并管理整个组装过程，保证无差错出现。目前，汽车制造产业仍然处于不断发展的阶段，这就注定在制造过程中还存在一些不足之处，比如零件尺寸不合格等，因此需要引进对应的控制设备，协助进行生产工作。单片机可以完美满足上述条件，将其介入汽车设计以及生产之中，可以改变以往传统的测量方法，升级为自动化测量控制，提高设计效率，保证测量准确度，从而保证能够完成汽车的整体设计，提高效率的同时还可以保证质量，为今后的汽车制造产业的发展奠定坚实的基础。在汽车领域中，单片机可以应用于汽车制造当中的各个环节当中。制造一辆汽车可以分为多个步骤，其中包含着焊装、安装、总装等，每个环节对于汽车的运行都有重要意义，因此需要严格把控所有环节，尤其在焊装环节，应当不断对各方面精益求精，从而提升发展空间，并且也要求与之有关的工作人员对工作进行细致把控，结合实际使用情况对配置进行改进与升级。在进行汽车生产中，可以选择使用单片机当作主要控制设备，由工作人员选择对应的工作方法，优化各个程序管理，增加控制功能，保证这其间的一切工作流程均能依照规范进行。

现今，单片机已经深入到汽车生产的许多工序当中，可以看出存在相当大的潜力，而汽车生产线中也开始采用可编程PLC控制器进行工作，PLC作为一种为工业环境自动化而设计的数字运算操作电子系统，具有工作便捷、抗干扰以及维护方便等优势，将其应用于汽车产业当中可以对水泵以及风机等进行严密监测。目前，汽车产业已经逐渐采用单片机进行自动化生产管理。这种方法在实际应用中还存在着一些改进空间，比如由于设备较为落后、技术不能与时俱进，导致无法完全满足的自动化需求，往往还需要借助人工进行操作［3］。

2.2 单片机在矿山工程中的应用

当前我国的资源开采越来越多，矿山行业得到迅速发展，社会对于矿产资源的需求量加大，矿山工程的工作量也在不断增加，随之而来的单片机需求也呈现逐渐上升趋势，相应的要求也得到提升［4］。从当前的现状可以看出，我国对于矿山工程较为重视，将单片机应用于其中，结合当前的实际需求进行深入分析，对单片机的应用加以改进和提升，从而使得能够在矿山工程领域充分发挥自己的功能。从目前实际应用可以看出，单片机还存在着一些弊端，无法满足矿山工程的所有要求，虽然它的应用范围较为广泛，但是应用于设备以及工序当中缺乏基本的逻辑性，在实施期间往往需要人力参与其中帮助运行。以矿山行业施工中举例说明，在这其间主要的工作为运行设备开采，在此过程中一般都需要人工辅助进行。在矿山行业中，单片机不能顺利运行，功能性无法得到保障是当前主要需要解决的难题，需要进行深入分析，进一步加以解决。矿山领域生产以及相关设计对精确度有着极高的要求，这关乎着最终开采后的矿产资源能否符合标准，基于此，在开采过程中需要严格注意相关的数据变化情况，只有提升数据精确度，才可以保证矿山机械组装的有效性［5］。在实际开采期间，应当对与之有关的各类零部件进行详细研究，保证零部件的精确度也能够符合标准，从而提升整体的工作效率。在矿山机械设计和生产方面应用单片机有着极佳的效果［6］。

2.3 单片机在风电闭锁与井下监控中的应用

从目前的经济形势以及国家发展可以看出，当前我国对于科技领域较为重视，各种新型科技逐渐走入到人们的视野当中，以往的技术已经无法满足当前的需求，存在着较多的弊端，不仅需要耗费大量人力与物力，还会影响生产效率。最近几年间，各种自动化技术出现，与以往传统技术相对比，它的出现可以改变以往存在的弊端，使用范围逐渐扩大，自动化煤矿技术的主要内容是利用单片机优秀的运算、编程功能，可以在极短的时间内，对数量庞大的生产任务进行处理，工作效率得到提升，同时还具有极高的精准度，提升生产质量，合格率得到保障。在煤矿领域有着较高的应用价值，可以应用到各个环节，其中包含变电运行管理、风电闭锁、变电运行控制等［7］。最为主要的就是井下监控以及风电闭锁。风电闭锁可以对井下监控和风电闭锁两种层面进行应用分析。其中，风电闭锁装置可以对井下的风压和风速进行控制、调节，从而确保煤矿工作的安全性，保障工作人员的人身健康。通过单片机的特殊性，可以将井下的污染性气体进行定时排放，保证矿井内的空气充足，并且还可以节省能源消耗。在当前的发展当中，单片机技术得到全面应用，并且在实践中不断进行完善，已经受到广泛认同，在各个行业均有着极佳的效果。单片机还可以应用于漏电保护之中，可以有效降低漏电事故发生几率，从而降低煤矿工程不良事故发生几率。将防漏电作为当前的工作的基础，从而开展其他开采措施，可以保证工作能够顺利实施。随着当前的开采技术不断发展，以往的传统方法已经无法根据当前的需求进行调整，为了保证施工进度，避免发生负面的社会影响，现在已经把施工安全问题作为重中之重，改变以往传统方法，采用单片机，利用其优势，可以提升工程中的防漏电功能。如若在实施过程中采用对应的单片机技术，可以稳定提升检测准确度，在发生停电后，可以使用单片机进行应急措施，从而规避停电中可能产生的一系列问题，降低负面影响。

2.4 风机节能

煤矿生产当中需要电力设备才能保证工作顺利运行，其中最为重要的就是风机，它的作用在于传输煤矿工作人员所需要的氧气以及工作所需的空气。在煤矿生产的过程中，对于工作环境的风速以及风压有着严格的要求，随着工程进展，井下所需要的空气量也会发生相应的变化，为此需要严格控制好井下空气的压力与风速，最好的应对方法就是摒弃以往采用的恒速系统，选择使用调速系统，就可以完美解决上述问题。调速系统可大致分为两种，一种为绕线式交流电动机串级调速，另一种为鼠笼异步电动机变频调速，这两种有着各自的优势，将单片机应用于其中可以降低操作的复杂性，使其简单化，更加便捷操作，并且它是由多个软件替代各种硬件逻辑电路，可以有效提升系统的控制精确度，使其更加可靠，稳定降低成本。

3 电气自动化系统中的其他控制模块分析

3.1 数据传输模块

在电气自动化控制技术的数据传输模块中，多数应用的模式为多通道数据传输模式，这种模块的主要作用在于，通过各种参数对数据进行分析之后，可以将分析完的结果传送到电气自动化控制系统平台之中。具体步骤为：第一步将数据传输到通信模块之中，第二步启用数据分析，将所得到的数据进行分析后，再将其依据标准分类，第三步将其打包利用通道进行传输工作，最后一步即为数据解析。详见下图。

图 多通道数据传输工作流程示意图

3.2 数据采集模块

工厂电气自动化控制系统中存在着多种数据采集模块，其中包含着模拟量数据、电能量数据以及数字量数据，这几种应用于不同的线路中均有着不同的数据参量，依据实际情况而调节。在模拟量数据中，其中包含着各路母线电压、有功功率、线路电压、无功功率电流等参数。在交流电路中，往往是利用对交流电压进行采集，同时获取电流信号，得知瞬时值，采取A／D转换和运算，从而得知需要测量的电压数值。在数字量数据中，主要包含着运动报警信号以及继电器保护动作信号等多种。在同路中实施数值较高的电压可以有效避免发生不良误差的几率，想要彻底消灭干扰，不仅可以利用配置RC滤波电路实现，还可以利用具有一定可靠性的隔离措施实现。对电能量数据进行深入分析，可以看出，其中包含着无功电能以及有功电能。数据采集系统主要是记录模拟数据以及电能量数据等，随后将其使用信号进行传输，到达上层应用系统之后，可以将相关的命令转换识别，从而建立通信，使得时间数据采集末端与工作末端能够顺利进行通信。

4 结束语

综上所述，单片机应用于各个领域当中均能起到极佳的效果，为这方面的技术发展开辟道路，与我国的未来息息相关，使得各行各业的生产效率逐步提升，相信随着未来不断进步将会发展得更加完善。