煤礦井下電氣設(shè)備自動(dòng)化控制的應(yīng)用與優(yōu)化

文/張海將

煤礦是人們?cè)谏a(chǎn)生活中的必需資源，也是一種稀缺資源，所以我國(guó)一直都十分重視煤礦行業(yè)的發(fā)展，以提高煤礦生產(chǎn)效率為第一目標(biāo)。任何行業(yè)的發(fā)展都離不開現(xiàn)代科技的支持，煤礦行業(yè)自然也不例外。眾所周知，煤礦井下作業(yè)是一項(xiàng)高危性工作，在實(shí)際作業(yè)中，不但要求作業(yè)安全，還要求作業(yè)效率高，但若想同時(shí)保證這兩點(diǎn)并不容易。后來，通過應(yīng)用先進(jìn)的煤礦井下電氣設(shè)備自動(dòng)化控制技術(shù)，這一難題得到了很好的解決。而若想充分發(fā)揮出煤礦井下電氣設(shè)備自動(dòng)化控制技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，還需要對(duì)其進(jìn)行有效的應(yīng)用及合理的優(yōu)化。

1 煤礦井下電氣設(shè)備自動(dòng)化控制的應(yīng)用

1.1 在采煤機(jī)中的應(yīng)用

采煤機(jī)是一種重要的煤礦井下電氣設(shè)備，煤礦井下作業(yè)離不開該設(shè)備，所以對(duì)采煤機(jī)的運(yùn)行效率與安全要求非常高。不過，由于采煤機(jī)的日常運(yùn)行環(huán)境較為惡劣，且設(shè)備本身的工作系統(tǒng)非常復(fù)雜，所以經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些問題；同時(shí)，隨著現(xiàn)代科技的高速發(fā)展及煤礦井下作業(yè)要求的不斷提高，采煤機(jī)的功能也在不斷增加，但這同時(shí)亦增加了其安全風(fēng)險(xiǎn)。面對(duì)這些問題，電氣設(shè)備自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用是解決它們的最有效手段。通過在采煤機(jī)中應(yīng)用電氣設(shè)備自動(dòng)化控制技術(shù)，既可以提高采煤機(jī)的運(yùn)行效率，又可以提高采煤機(jī)的運(yùn)行安全性與穩(wěn)定性。尤其當(dāng)出現(xiàn)設(shè)備故障后，電氣設(shè)備自動(dòng)化控制系統(tǒng)可以及時(shí)發(fā)出警報(bào)并暫停設(shè)備運(yùn)行，從而避免安全事故的發(fā)生。

1.2 在礦井提升機(jī)中的應(yīng)用

礦井提升機(jī)是在煤礦井下作業(yè)中所需的一項(xiàng)重要設(shè)備，由于礦井提升機(jī)的運(yùn)行條件比較復(fù)雜，需在惡劣和繁重的環(huán)境下運(yùn)作，所以出現(xiàn)故障問題的幾率較高。不過，在有了電氣設(shè)備自動(dòng)化控制技術(shù)后，這一問題得以迎刃而解。通過在礦井提升機(jī)中應(yīng)用電氣設(shè)備自動(dòng)化控制技術(shù)，可以使之在內(nèi)部軟件的輔助下更高效率、高質(zhì)量地作業(yè)，同時(shí)還能夠有效節(jié)約電能消耗，節(jié)省煤礦生產(chǎn)成本。

1.3 在皮帶輸送機(jī)中的應(yīng)用

圖1：濾波器的工作原理示意圖

在煤礦井下作業(yè)中通常需要運(yùn)用到皮帶輸送機(jī)，皮帶輸送機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)是電壓高、功率大，如果皮帶輸送機(jī)不能穩(wěn)定運(yùn)行的話，那么將會(huì)對(duì)煤礦井下作業(yè)造成十分不利的影響。皮帶輸送機(jī)在運(yùn)行過程中必須要免除一切干擾，且保障運(yùn)行效率與運(yùn)行安全，而電氣設(shè)備自動(dòng)化控制技術(shù)正提供了良好的抗干擾功能，同時(shí)還能夠?qū)υO(shè)備運(yùn)行狀態(tài)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，以便于工作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)影響運(yùn)行效率與運(yùn)行安全的問題

1.4 在流體負(fù)荷設(shè)備中的應(yīng)用

流體負(fù)荷設(shè)備也是在煤礦井下作業(yè)中的一類重要設(shè)備，常見的流體負(fù)荷設(shè)備有給水給液用泵設(shè)備、風(fēng)機(jī)等。將電氣設(shè)備自動(dòng)化控制技術(shù)應(yīng)用到流體負(fù)荷設(shè)備中，可以使設(shè)備的工藝系統(tǒng)控制變得更加靈活。以抽水泵為例，通過應(yīng)用電氣設(shè)備自動(dòng)化控制技術(shù)，可以對(duì)抽水泵的平滑起停和加減速進(jìn)行更加靈活的控制，從而既提高其運(yùn)行效率，又保障其運(yùn)行安全，以及還能夠降低其運(yùn)行能耗。

2 煤礦井下電氣設(shè)備自動(dòng)化控制的優(yōu)化

2.1 硬件系統(tǒng)的優(yōu)化

2.1.1 優(yōu)化輸入電路

若想優(yōu)化輸入電路，首先要考慮當(dāng)系統(tǒng)在正常運(yùn)行狀態(tài)下的可編程邏輯控制器供電電源所對(duì)應(yīng)的電壓。一般情況下，煤礦井下電氣設(shè)備自動(dòng)化控制系統(tǒng)的可編程邏輯控制器端供電電壓約在85V-240V范圍內(nèi)，但從系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行角度上來看，由于煤礦井下作業(yè)環(huán)境及現(xiàn)場(chǎng)管理復(fù)雜，同時(shí)干擾因素較多，所以為了保障電路的穩(wěn)定性，往往需要在供電線路上安裝相應(yīng)的電源凈化設(shè)備，如濾波器。在具體的硬件系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，應(yīng)使可編程邏輯控制器的輸入電源與電壓保持為24V的直流電；還要不斷完善周邊電路的配置結(jié)構(gòu)，避免短路等問題；另外為避免發(fā)生過載或短路等問題，還應(yīng)保證所采用的保險(xiǎn)絲質(zhì)量與性能合格。濾波器的工作原理如圖1所示。

2.1.2 優(yōu)化輸出電路

在對(duì)輸出電路進(jìn)行優(yōu)化之時(shí)，應(yīng)當(dāng)要充分考慮到煤礦井下作業(yè)的實(shí)際情況與需求。一般情況下，煤礦井下電氣設(shè)備都需要依賴于晶體管才能夠高效地完成指示、標(biāo)志、調(diào)速等輸出工作，晶體管的應(yīng)用既適應(yīng)于煤礦井下電氣設(shè)備自動(dòng)化控制的高頻性動(dòng)作，又有著符合要求的響應(yīng)速度。在具體的輸出電路優(yōu)化設(shè)計(jì)中，一者應(yīng)當(dāng)要避免浪涌電流，二者應(yīng)當(dāng)要防止芯片損壞。一般可以將二極管直接在輸出電路盤上進(jìn)行續(xù)接，從而使系統(tǒng)產(chǎn)生的浪涌電流及時(shí)被吸收，有效發(fā)揮出對(duì)系統(tǒng)芯片的保護(hù)作用。當(dāng)煤礦井下電氣設(shè)備自動(dòng)化控制系統(tǒng)的輸出頻率在7-10次/min范圍內(nèi)時(shí)，也可使用中間或者固態(tài)繼電器進(jìn)行輸出，從而提高系統(tǒng)的抗干擾能力和帶負(fù)載能力。

2.1.3 優(yōu)化抗干擾能力

研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)煤礦井下電氣設(shè)備自動(dòng)化控制系統(tǒng)干擾最大的因素主要是電磁脈沖，所以在優(yōu)化抗干擾能力之時(shí)，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)防止電磁脈沖對(duì)系統(tǒng)芯片的干擾。具體來說，首先可以應(yīng)用隔離變壓器裝置，并優(yōu)選1：1超隔離變壓器，因?yàn)樗梢杂行Э刂葡嚓P(guān)干擾因素；其次可以應(yīng)用金屬外殼，即將可編程邏輯控制器設(shè)置在金屬工作柜上，以用于屏蔽電磁；再者還可以通過對(duì)系統(tǒng)的布線方案進(jìn)行優(yōu)化改造來加強(qiáng)抗干擾能力，如將強(qiáng)電動(dòng)力線和弱電信號(hào)線兩線進(jìn)行分開布設(shè)。

2.2 軟件系統(tǒng)的優(yōu)化

2.2.1 優(yōu)化程序結(jié)構(gòu)

優(yōu)化程序結(jié)構(gòu)是優(yōu)化煤礦井下電氣設(shè)備自動(dòng)化控制軟件系統(tǒng)的重要一點(diǎn)。常見的程序結(jié)構(gòu)形式有兩種：基本程序結(jié)構(gòu)、模塊化結(jié)構(gòu)。在實(shí)際優(yōu)化設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)充分結(jié)合煤礦井下作業(yè)的實(shí)際需求對(duì)程序結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理選擇。具體來說，首先應(yīng)根據(jù)煤礦井下作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況來對(duì)控制目標(biāo)進(jìn)行模塊劃分，保證每個(gè)模塊下都有詳細(xì)的子任務(wù)；其次要對(duì)各個(gè)子模塊的任務(wù)一一進(jìn)行編寫和調(diào)試，并將之拼裝為一個(gè)完整的軟件程序。

2.2.2 優(yōu)化程序過程

在煤礦井下電氣設(shè)備自動(dòng)化控制軟件系統(tǒng)的程序過程的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，首先要結(jié)合煤礦井下作業(yè)的實(shí)際情況合理優(yōu)化Ι/Ο接口的分配情況；其次要集中編制煤礦井下電氣設(shè)備自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的計(jì)數(shù)器和定時(shí)器等；再者還要優(yōu)化可編程邏輯控制器的程序設(shè)計(jì)，盡量簡(jiǎn)化其邏輯結(jié)構(gòu)、減少其內(nèi)存占用量，以提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

3 結(jié)語

綜上所述，在煤礦井下作業(yè)中，離不開對(duì)各種高新技術(shù)的應(yīng)用，煤礦井下電氣設(shè)備自動(dòng)化控制技術(shù)就是其中之一。通過應(yīng)用煤礦井下電氣設(shè)備自動(dòng)化控制技術(shù)，既能夠有效提高作業(yè)效率，又能夠有效保障作業(yè)安全，所以現(xiàn)代煤礦行業(yè)的發(fā)展離不開該技術(shù)。煤礦井下電氣設(shè)備自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用體現(xiàn)在煤礦井下作業(yè)的方方面面，但良好應(yīng)用它的前提是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行不斷優(yōu)化，這樣才能夠充分發(fā)揮出其優(yōu)勢(shì)。