煤礦機械電氣設備自動化調試技術的分析

陳明生

（山西焦煤集團西山煤電股份有限公司， 山西 古交 030203）

引言

隨著中國科學技術及社會市場經濟的飛速發展，社會各階層對煤礦資源的需求也隨著時間的推進穩步遞增。為了滿足社會各階層發展的需求條件，煤礦機械電氣設備自動化的調試技術必須更加完善，從而才能最大限度地保證設備性能穩步提高[1-2]。由于煤礦機械設備在實際運行過程中的運行質量以及相應的運行效率直接影響到煤礦運行設備的生產能力，因此有必要進行改進以使煤礦生產能力最大化，集成的電氣自動化調試技術對充分保障煤礦生產的效益而言，無疑是極為關鍵的。

1 設備自動化技術的調試原則

根據以往的煤礦工程施工建設情況，煤礦機械電氣設備自動運行的基本運行方式必須遵循以下原則[3]：

1）管理人員必須根據實際情況進行指導并基于煤礦的實際開采情況制定合適采礦計劃，并以此為實際指導基礎進行設備管理，避免對采礦業務的發展產生不利影響。

2）煤礦井地下操作人員應在安裝時適當安排電氣設備，并遵循相關的工程設計和說明標準，以確保設備能夠在最高水平上適應地下操作環境，設備選擇應以設備的耐用性、安全性為基準，從而最大程度在保證施工人員的人身安全下，減少煤礦運營的成本。

3）必須雇用專業人員來操作相關的工程設備和工具。同時，相關責任領導及員工應定期執行資格審查措施及施工技能培訓，調試前必須檢查所有設備的連接性及有效性，以確保設備能夠安全有效地運行。

4）完善自動運行監控管理流程，著力管理煤礦通用運行機制，避免人為因素造成設備損壞，提高井下作業質量及保障人員安全。

2 自動化調試技術的作用

第一，自動化調試技術能夠在煤礦機械設備的實際運行環境中大大提高機械設備的適應性[4]。為了實現各種煤礦機械電氣設備的自動操作，必須在相應的設備上安裝傳感器，并將設備中的相關信息發送到控制中心。在傳感器的控制下，煤礦機械電氣設備的控制中心就可以識別實時信息，并且設備管理員可以就實時信息跟蹤設備操作，從而大幅降低煤礦機械的故障率，以執行相應的控制準則。

第二，自動化調試技術能夠在相當可期的程度上大大提高煤礦資源運輸通道的運輸效率，節約企業自身的資源輸出及成本支出。中國的煤礦儲量很大，且是國家戰略發展中較為關鍵的產業。但是，在煤礦行業的具體化、實際化的生產環節中，煤礦的生產及運輸這兩個重要的環節仍舊是阻礙煤礦產業發展的最大化阻力，因此往往需要付出較多的勞動力和物質資源，也將導致更多的安全事故的發生[5]。

第三，自動化調試技術極大地提高了負責監督煤礦生產的負責人員對于煤礦實際情況的監管效率。由于地下煤礦的主要生產過程（例如煤礦的開采和運營）很難由負責的經理和相關技術人員來根據實際情況單獨且到位地完成地下監視工作。因此，很難收集到有關煤礦設備和煤礦生產流程中的實際運行數據及情況。現階段新開發出來的安全監控系統為煤礦在地下生產過程的安全生產提供有效的技術支持及經驗分析。它包括一個網絡監控系統，一個用于煤礦生產的監控系統和一個員工監控系統，可以從許多不同角度全面監視地下的煤礦生產過程。

3 自動化調試技術的應用

3.1 控制模式

煤礦機械在不斷高速運轉的過程中會有許多相應的設備對系統進行控制，比如壓強控制方面的流體液壓形態的控制設備、煤礦采集挖掘方面的采煤機器、保持空氣流通能夠在實際較為復雜的地底環境中運行的通風系統以及在地底正常運行的供電系統等，在實際的計算過程中應最大限度地提高自動化調度系統設計的科學性及合理性，以保證將每項設備的作用充分發揮出來，提高煤礦機械設備生產的安全性及可靠性。

3.2 差動保護

計算機信息技術的不斷革新大大地提升了煤礦機械設備中微機差動保護裝置的使用頻率及使用范圍[6]。與其他具有不同特異性的保護設備相比較而言，差動保護設備在實際的設備保護環境的運行方面往往都是建立在運行裝置的數字算法基礎上最大限度地實現系統的功能。因此，它具有易于接線，易于維護和易于操作的優點，從而使其在煤礦的機電系統的運用中變得越來越普遍。在微機型差動保護中，煤礦機械和電氣設備系統的變壓器主要使用11點接線方式進行工作模式運作。Y/Y連接方式通常用于保護變壓器差動模式，這種連接方式在計算機保護設備兩側的電流之間能夠引起較大的相移，呈現出簡易化與智能化。同時，為了消除該設備裝置的相位偏差，通常在其內部運行軟件中設置設定值，然后校正相位偏差。當前，經常在實際生產中對計算機差動保護裝置進行測試，以驗證采樣的準確性和保護算法的功能，常見的方法是單相實驗法及三相測試法[7]。

圖1顯示了差動保護測試的電路圖。在圖1中，在Δ較大的一側加上相同的兩相電流就可以使實驗裝置A相的差動化以曲線化的形態呈現出來，A和C兩端的電壓相位電流及波動幅度相等，其差異度皆為180°；接著再在Y段引入A端上的相電流，并使其與Δ側的A相相位波動程度維持在180°，從而完成設備運行硬件前提中的實驗接線工作。

一般情況下，在實際的的煤礦設備裝置保護過程中，相比流程化稍微簡單一些的單相實驗法，三相實驗法因為其多相的接地原因，其在設備的差動保護方面更具可靠性及實用性，因此如果在基于自身條件及自身可用資源的情況下，筆者建議相關的煤礦企業還是盡量采用三相實驗法，與圖1單相實驗法不同，Δ側輸入的電流值相位與Y側輸入的電流值相位差并不是180°，具體見表1。

圖1 差動保護實驗接線圖

表1 實驗保護相位區別

當然，在實際背景下的煤礦開采及生產線運行的統一流程中，裝置中差動保護內容方面的單相實驗法以及較為安全且常用三相測試法都能夠在一定程度上使相關的煤礦運行設備處于數字化狀態下的差動保護中切實有效地收獲到較為準確的實驗數據及實驗結果，均可實現有效的差動保護，具體而言，相關煤礦生產企業要根據自身的實際情況及條件優劣點選擇最為適用于自身的方法。

3.3 監控管理系統

煤礦機械化自動調試技術的使用不僅會隨著科學技術的發展逐漸趨于穩定，而且未來，相關國家企業及公司都能夠積極地、正確地引進與設備技術相關及安全相關方面先進的安全監控系統，從而在宏觀及微觀層次上最大化地提高對煤礦設備的監控水準。目前，國內較為主流的監控煤礦電氣設備安全運行的產品主要包括KJ2、K190、TF200等，這些系統也可以統一稱為DCS系統。在管理煤礦監控系統時，可通過諸如氣體傳感器測量、電源的斷通電設備、紅外線遙控噴霧裝備以及風電閉鎖等監控設施來有效地保證監控煤礦實際生產路程的日常生產安全及生產的標準性。

3.4 調試與移交程序

為了更大程度地使設備在調試過程中高度、持續地呈現自動化狀態，我們應該強化設備的實際調試操作工作和轉移系統的建設相關工作。使用高能化的調試設備系統通常可以為煤礦實際工作過程中的自動化調試技術的操作創建更強大的操作平臺，并確保相關的設備運行及人工操作可以完成自動化調試工作內容。在設備維護過程中，相關的硬性設備維護人員以及技能層次的專家應較為仔細地對設備故障進行全面、系統性地分析，從而能夠精確找到問題的有效解決方案。并在基于自身能力及企業資源條件的基礎上最大程度地防止重復發生此類問題。另外，在機械電氣設備運行及維護的實際操作過程中，必須確保已完成煤礦機械設備的故障排除、數據傳輸效率的提高及傳輸數據方面的完善性。根據煤礦電氣設備自動化調試技術的過程及內容，最大限度地確保電氣設備有效維護的全面完整性及綜合運行性，保證煤礦機械電氣設備在實際運用環境中的穩定運行與高效率化狀態，以達到提高運行維護效果的研究目的。

3.5 檢測控制系統

開展系統檢測機械自動化調試技術必須結合先前的制造經驗來確定采集和控制系統的設計，并將這些經驗及實際所收集到的系統運行數據轉換為數字指令數據并存儲在系統數據庫中，以為煤礦機械化系統的自動調試高智能化技術提供數據支持。當系統正在運行并且數據采集系統已接收到信息時，它將與實際所收集到的實時數據進行比較和分析，以最大程度地提高操作系統設備的實時狀態。并根據此狀態調整設備的運行功能，以確保設備始終保持良好的運行狀態[8]。圖2顯示了用于煤礦機械的自動化調試設備的整體流程體系和控制的原理圖。

4 結語

煤礦開采是發展中國經濟和社會市場的重要支柱且很難通過別的資源來替代的產業。在煤礦機械不斷運行過程中，電氣設備的自動調試及設備在實際運行過程中的故障排除技術仍然能夠在相當長的一段時間內成為機械設備開發及使用方面的重要技術應用。在實際的礦井開采過程生產中，煤礦設備工程師應根據科學技術及科學理論、最大限度地切合實際生產需求，選擇與煤礦的實際情況和生產要求相匹配的煤礦調試技術排除故障，以進一步改善對采礦設施運行的監控。通過新技術實現并提高采礦工廠的自動化水平，用科學的方法提高煤礦自動化控制的生產效率，從而更好地提升煤礦機械設備生產質量。

圖2 煤礦機械電氣設備自動化調試運行流程圖