煤礦井下綜采工作面機(jī)電設(shè)備集中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

張 斐

（山西陽(yáng)泉煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司五礦， 山西 陽(yáng)泉 045209）

引言

由于我國(guó)煤礦井下開(kāi)采事故頻發(fā)，造成重大人員傷亡的同時(shí)也暴露了我國(guó)礦井工作中存在的問(wèn)題。據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，我國(guó)每年由于煤礦開(kāi)采技術(shù)不完善發(fā)生安全事故的概率占全國(guó)安全事故的10%。由此可以看出，對(duì)煤礦井下綜采工作進(jìn)行完善是改變這一現(xiàn)狀的主要手段。目前，由于科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，煤礦井下綜采技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，減少了人力資源的浪費(fèi)，但是，由于我國(guó)煤礦井下綜采工作設(shè)備在應(yīng)用的過(guò)程中仍然存在一定的問(wèn)題，導(dǎo)致機(jī)電設(shè)備的使用效率始終無(wú)法提高。

1 綜采機(jī)電設(shè)備集中控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要性

煤礦井下綜采系統(tǒng)已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，主要機(jī)電設(shè)備包括移動(dòng)變電站、智能開(kāi)關(guān)、電磁啟動(dòng)器以及隔爆開(kāi)關(guān)等。在應(yīng)用的過(guò)程中，由于涉及的機(jī)電設(shè)備較多，僅僅是通過(guò)人為進(jìn)行控制以及監(jiān)管很難全方面進(jìn)行管理，進(jìn)而影響了設(shè)備整體的運(yùn)行質(zhì)量。由此可以看出，為了進(jìn)一步提高煤礦井下綜采機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行質(zhì)量，要利用先進(jìn)的手段對(duì)其進(jìn)行管理，而集中控制系統(tǒng)的應(yīng)用有效解決了這一問(wèn)題。集中控制系統(tǒng)的主要內(nèi)容就是對(duì)電機(jī)設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理、統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)一監(jiān)管以及統(tǒng)一控制，保證了煤礦開(kāi)采安全的同時(shí)，也推動(dòng)了煤礦井下綜采機(jī)電設(shè)備集中控制系統(tǒng)的發(fā)展。另外，在集中控制系統(tǒng)中，除了要對(duì)機(jī)電設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)管控制之外，還要注意對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，真正實(shí)現(xiàn)集中管理。

2 綜采機(jī)電設(shè)備集中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 綜采機(jī)電設(shè)備集中控制系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)

目前，大多數(shù)機(jī)電設(shè)備中的開(kāi)關(guān)都是由智能型組合開(kāi)關(guān)構(gòu)成的，其中應(yīng)用最廣泛的是1140型智能開(kāi)關(guān)，這種開(kāi)關(guān)能夠?qū)﹂_(kāi)采機(jī)、輸送機(jī)以及轉(zhuǎn)載機(jī)進(jìn)行有效的控制。智能開(kāi)關(guān)的額定電壓為3 300 V，額定電流為600 A，最大負(fù)荷能力為1 200 A。其中的電流互感器額定電壓為5 000 V，額定電流為1 A，二次電流為0.5 A。但是，這種智能開(kāi)關(guān)并不能進(jìn)行通訊，也不能和總系統(tǒng)進(jìn)行連接，所以要想確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行，就要設(shè)計(jì)一個(gè)專門的監(jiān)控系統(tǒng)，其中在機(jī)電設(shè)備集中控制系統(tǒng)中最常見(jiàn)的監(jiān)控技術(shù)就是Modbus監(jiān)控技術(shù)，為了使其作用充分發(fā)揮出來(lái)，系統(tǒng)中的單片機(jī)必須能夠與遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)兼容。也就是說(shuō)，該監(jiān)控系統(tǒng)在運(yùn)行的過(guò)程中，不僅要對(duì)系統(tǒng)中的各個(gè)設(shè)備進(jìn)行控制、管理和保護(hù)，還要將設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)狀信息及時(shí)傳達(dá)給總指揮中心，并且對(duì)于總指揮中心下達(dá)的命令給予執(zhí)行，例如，強(qiáng)制多線圈以及編寫(xiě)多個(gè)寄存命令等。

另外，在對(duì)集中控制系統(tǒng)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)的過(guò)程中，硬件的設(shè)計(jì)也是其重要的組成部分之一，控制系統(tǒng)的硬件設(shè)備主要包括控制箱、接收器、顯示箱、以及傳感器等。其中，對(duì)以上設(shè)備進(jìn)行連接能夠組成多種運(yùn)行方式，包括獨(dú)立控制系統(tǒng)、多回路控制系統(tǒng)、單機(jī)控制系統(tǒng)以及雙機(jī)控制系統(tǒng)四種[1]。這四種運(yùn)行方式都具有運(yùn)行性能穩(wěn)定、可靠性高以及操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，所以被廣泛應(yīng)用在實(shí)際生活中。

2.2 控制箱主回路的設(shè)計(jì)

控制箱主回路的設(shè)計(jì)主要包括兩個(gè)部分，一部分是控制箱主回路本身的設(shè)計(jì)模板，另一部分是控制箱主回路的信號(hào)處理器。通過(guò)這兩部分的協(xié)調(diào)配合，能夠?qū)ο到y(tǒng)中的電流進(jìn)行階段性的采樣，并對(duì)系統(tǒng)設(shè)備中電流過(guò)大、電壓過(guò)載、電機(jī)設(shè)備過(guò)熱以及漏電等現(xiàn)象進(jìn)行有效的預(yù)防。其中，中央控制器作為控制回路中的核心設(shè)備，對(duì)各個(gè)分支控制模板進(jìn)行管理以及監(jiān)管，分路中的各個(gè)控制模板分別與中央控制器相連，但是相互之間并不聯(lián)系。中央控制器與各個(gè)分路控制器之間進(jìn)行雙向交流，也就是說(shuō)，中央控制器將指令發(fā)送給分路控制器，分路控制器再將執(zhí)行現(xiàn)狀傳遞給中央控制器，通過(guò)這種方式實(shí)現(xiàn)信息的雙向傳導(dǎo)。

例如，控制箱主回路在對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理的過(guò)程中，首先，對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析，判斷信號(hào)中是否存在問(wèn)題信號(hào)[2]。其次，直接將劃分出的問(wèn)題信號(hào)運(yùn)輸給驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)經(jīng)過(guò)檢測(cè)后，將具體的問(wèn)題信號(hào)傳輸給中央控制器。中央控制器會(huì)對(duì)信號(hào)實(shí)施檢測(cè)，并且利用博里葉計(jì)算法將電路信號(hào)中的實(shí)際電流、實(shí)際電壓、實(shí)際運(yùn)行功率以及功率因數(shù)等進(jìn)行計(jì)算，并將最后的計(jì)算結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值相比較，通過(guò)數(shù)值之間的差距，判斷出該故障的類型。其中，故障的主要類型包括過(guò)載、缺相以及過(guò)壓等。最后，針對(duì)類型制定科學(xué)的解決方案。

2.3 控制電路的設(shè)計(jì)

控制電路主要由PICI單片機(jī)、230芯片、LCD信號(hào)按鈕以及報(bào)警系統(tǒng)組成。具體的設(shè)計(jì)流程如下[3]，首先，將信號(hào)輸入到數(shù)據(jù)控制器中去，利用控制器中PIC分析系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。其次，對(duì)信號(hào)進(jìn)行問(wèn)題故障的判斷和處理。最后，控制器將控制信號(hào)傳遞到開(kāi)關(guān)中，進(jìn)而達(dá)到控制開(kāi)關(guān)的效果。其中，通訊信號(hào)和PC串口的作用是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳遞，LCD顯示系統(tǒng)用來(lái)顯示信號(hào)運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程以及結(jié)果，警報(bào)系統(tǒng)的作用是對(duì)突發(fā)故障進(jìn)行警報(bào)。控制電路中的電源是KDW多路電源，主要為處理系統(tǒng)以及報(bào)警系統(tǒng)提供電能。另外，變電站在控制電路中也得到了廣泛的應(yīng)用，變電站的額定容量為4 500 kVA，最大負(fù)荷能力為3 600 kW。其中一次側(cè)額定電流為260 A，二次側(cè)額定電流為780 A，電壓的適用范圍在80%～120%左右，額定功率為50 Hz。

2.4 軟件檢測(cè)的設(shè)計(jì)

軟件檢測(cè)的組成部分主要包括信息判斷、信息控制、信息顯示以及信息串行。對(duì)信息的主要處理流程如下，首先啟動(dòng)電源，判斷轉(zhuǎn)速是否到達(dá)額定值，如果到達(dá)額定值，顯示系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行顯示。如果沒(méi)到達(dá)額定值，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)風(fēng)速傳感器，達(dá)到額定值之后PIC單片機(jī)會(huì)對(duì)信息進(jìn)行判斷。其次，對(duì)信息進(jìn)行切換控制，如果在控制過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題，系統(tǒng)開(kāi)啟保護(hù)判斷。如果沒(méi)有出現(xiàn)問(wèn)題，則直接對(duì)其進(jìn)行通訊處理[4]。最后，結(jié)束信息檢測(cè)流程。其中，信息控制部分主要包括防抖系統(tǒng)、信息過(guò)濾系統(tǒng)、邏輯處理系統(tǒng)以及優(yōu)化系統(tǒng)等。LCD處理部分主要包括初始化系統(tǒng)、使能控制系統(tǒng)以及讀寫(xiě)控制系統(tǒng)三部分。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著煤礦井下綜采工作面中機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行質(zhì)量不斷提高，如何對(duì)機(jī)電設(shè)備進(jìn)行有效管理已成為重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。通過(guò)對(duì)煤礦井下綜采工作面機(jī)電設(shè)備集中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行研究，完善集中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，為集中控制系統(tǒng)在煤礦井下綜采工作中的應(yīng)用和發(fā)展奠定基礎(chǔ)[5]。

參考文獻(xiàn)

[1]羅驅(qū)波，孫彥景，錢建生.基于煤礦井下綜采工作面機(jī)電設(shè)備集中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2015（3）：16-17.

[2]趙紅梅.關(guān)于煤礦井下綜采工作面機(jī)電設(shè)備集中控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究[J].山西煤炭管理干部學(xué)院學(xué)報(bào)，2015（3）：116-117.

[3]郭金陵，劉炎偉，袁志亮.基于煤礦井下綜采工作面機(jī)電設(shè)備集中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究[J].煤炭技術(shù)，2014（9）：113-114.

[4]王才，趙曉東.煤礦井下綜采工作面機(jī)電設(shè)備集中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)探索[J].山東煤炭科技，2015（2）：1 145-1 146.

[5]王雪琪，李國(guó)義，李明學(xué).分析煤礦井下綜采工作面機(jī)電設(shè)備集中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].煤礦自動(dòng)化，2015（1）：147-148.