煤礦井下電氣設備自動化控制應用與優化

（山西西山晉興能源有限責任公司 山西 030053）

引言

計算機、網絡、信息等與自動化控制技術的緊密融合，促進了煤礦井下電氣設備自動化水平的有效提升。信息技術的迅速發展以及自動化控制技術的不斷完善，自動化控制技術在煤礦井下開采作業中的推廣和應用，不但促進了煤礦井下開采效率和質量的有效提升，而且確保了煤礦井下開采作業的安全順利進行。

1.煤礦井下電氣設備自動化控制的應用

(1)在采煤機中的應用

采煤機作為煤礦井下開采作業最重要的電氣設備之一，采煤機能否安全穩定運行是影響煤礦井下開采效率和質量的重要因素，所以，煤礦井下開采對采煤機運行效率和安全性提出的要求也相應更高。采煤機日常運行的環境極為惡劣再加上采煤機設備自身工作系統復雜程度極高，一旦采煤機在運行過程中發生故障必然會對煤礦開采的效率和質量產生不利影響。現代科學技術的發展以及采煤機功能的不斷完善，提高了煤礦井下作業的效率，但同時煤礦井下開采面臨的安全風險也隨之增加。針對這些問題，煤礦企業必須充分發揮電氣設備自動化控制技術的優勢，才能及時的發現和解決采煤機運行過程中存在的故障隱患，確保采煤機的安全穩定運行，促進煤礦開采效率和質量的全面提升。

(2)在礦井提升機中的應用

礦井提升機是煤礦井下作業的重要設備之一，由于礦井提升機大多在惡劣的環境下繁重的運行，因此煤礦提升機發生故障的概率也相對更高。隨著電氣設備自動化控制技術的應用，不僅徹底解決了這一問題，而且融合了電氣設備自動化控制技術的煤礦提升機，不僅設備運行的效率得到了顯著提高，而且節約了煤礦井下開采作業的電能消耗量，降低了煤礦企業的生產成本。

(3)在皮帶輸送機中的應用

皮帶輸送機是煤礦井下作業中常用的電氣設備之一，由于皮帶輸送機的運行具有電壓高、功率大的特點，一旦皮帶輸送機運行穩定性達不到要求的話，必然會對煤礦井下作業的安全順利進行產生無法挽回的影響。所以，煤礦企業必須采取積極有效的措施，排除一切可能影響皮帶輸送機運行安全性與穩定性的不利因素，充分發揮電氣設備自動化控制技術的抗干擾功能與實時監控功能，工作人員才能及時的發現和解決影響皮帶輸送機運行效率和安全的問題。

(4)在流體負荷設備中的應用

流體負荷設備作為當前煤礦井下作業中的重要設備之一，目前，常見的流體負荷設備主要有給水給液用泵設備、風機等幾種。電氣設備自動化控制技術在流體負荷設備中的推廣和應用，不僅提高了設備工藝系統控制的靈活性，確保了流體負荷設備的安全穩定運行，而且有效的降低了煤礦井下開采作業的能源消耗量。

(5)對井下環境的監控

由于傳統的井下監控作業主要是工作人員采用手持直讀式檢測設備進行檢測，所以其應用功能相對單一。針對這一問題，如果在二次檢測間隔時間內，礦井下瓦斯聚集達到爆炸程度的話，必然會對煤礦井下開采的安全生產產生無法挽回的影響。反之，如果煤礦企業在煤礦井下設置自動化檢測系統的話，工作人員就可以通過連續檢測環境參數的方式，確保煤礦井下開采作業的安全性，即便是發現了可能出現的安全隱患，工作人員也可以及時的排除安全隱患，確保井下安全生產不受影響。

2.煤礦井下電氣設備自動化控制的優化

(1)選型的優化

目前，市場上應用的電氣自動化控制PLC系統種類繁多，且不同種類和品牌在實際應用過程中的性能方面也存在很大的差異。所以，煤礦企業在選擇和使用電氣自動化系統設備時，應該充分考慮以下幾方面的問題。①明確礦井下電氣自動化系統的構建模式。煤礦企業在選擇礦井電氣設備自動化系統時，必須以礦井開采作業的實際情況為基礎，在明確系統規模的基礎上，選擇符合要求的電氣設備型號。比如，現階段我國煤礦礦井開采作業中常用的西門子PLC系統，煤礦企業在監測礦井下瓦斯涌出量時，應該根據煤礦企業生產的實際情況，選擇和使用SIEMENS-S7-200等微型PLC控制系統。在檢測礦井下水文變化數據時，工作人員科研通過調控水泵房設備運行狀態的方式，掌握煤礦井下水文變化的數據信息。由于煤礦礦井下電氣自動化控制系統的運行環境復雜程度較高，所以煤礦企業應該根據實際情況選擇SIEMENS-S7-300等中型PLC控制系統作為電氣設備自動化控制系統。②明確I/O點類別。煤礦企業構建電氣自動化控制系統時，應該根據煤礦礦井開采生產過程中系統使用要求和被控制對象的難易程度，確定I/O點類別和數量，并以此為基礎制定相應的設備使用清單，然后根據系統控制量，預留相應的軟硬件余量，避免因為出現設備后期擴容浪費等情況，影響電氣設備自動化控制系統運行的效果。③編程工具選取。就目前來說，我國煤礦電氣自動化控制系統在實際應用過程中使用的編程工具主要以手持式編程器、圖形編程器、計算機軟件編程器等幾種類型。在這其中手持式編程器只能通過數量有限的的預設語句表完成編程操作，這種編程工具不僅應用效率低，而且使用范圍也非常狹窄，只能滿足簡單的微型OLC編程要求。而圖形編程器則主要是運用梯形圖進行編程，這種編程工具因為自身具有的直觀簡潔的特點，被廣泛應用于中型PLC的編程。計算機軟件編程雖然是一種最高效、最簡潔的編程方法，但是由于計算機編程受限于軟件開發難度大、成本高等因素，所以這種編程方法往往被應用于礦井大型PLC控制程序的構建中。

(2)軟件的優化

軟件是電氣自動化控制系統運行的核心，其優化程度的高低對于電氣自動化控制系統運行效率的高低有著決定性的影響。一般情況下，煤礦企業應該采取軟件優化蓋梁與硬件設施優化同步進行的原則。首先，軟件結構優化。煤礦礦井電氣自動化控制系統的設計，可以詳細的分為模塊設計與基本程序設計兩種類型。其對于煤礦井下生產來說，電氣自動化控制系統的運行必須嚴格的按照礦井井下生產情況的調控為基礎，選擇最佳的模塊化設計方式，為電氣自動化控制系統功能的拓展提供便利。①按照要求將煤礦井下自動化控制系統劃分為不同的子任務模塊，然后針對不同模塊進行單獨的編寫和調試，最后再將各個單獨的模塊整合在一起使其形成一個完整的程序。②根據煤礦礦井井下生產的實際情況合理的調整煤礦礦井自動化電氣控制系統的運行狀態，確保電氣自動化控制系統始終保持高效穩定的運行狀態。其次，程序設計過程優化。煤礦企業在進行礦井電氣自動化控制系統程序的優化時，必須將I/O節點的優化分配作為首要目標，根據礦井井下生產的實際情況合理的進行I/O節點井下按需分配，才能在實現集中調控各個I/O節點目標的同時，為后續維護作業的開展奠定堅實的基礎。

(3)硬件的優化

硬件架構是煤礦礦井電氣設備自動化控制系統建設的核心，其結構是否良好直接決定著電氣設備自動化控制體系運行的安全性與穩定性。因此，煤礦企業必須充分重視電氣設備自動化控制系統性能的優化和改造工作。①優化輸入電路。針對電氣設備自動化控制系統輸入電路的優化和改造，煤礦企業應該采用供電電源為80V-240V交流電的PLC作為首要的電氣設備，確保電氣設備良好的寬幅適用性。為了提高電路輸入系統的抗干擾性能，確保電氣設備自動化系統運行的安全性與穩定性，煤礦企業必須通過在輸入電路中增設電源凈化裝置的方式，徹底屏蔽電路輸入系統中的脈沖干擾信號。②輸出電路優化。煤礦企業在進行電氣設備自動化系統輸出電路的優化工作時，應該根據煤礦礦井生產的實際情況，合理運用晶體管對各種標示和調試設備進行輸出，才能在滿足設備高頻動作要求的前提下，增強輸出電路的反應效率。比如，煤礦企業在進行井下水泵機房的電氣自動化控制時，如果PLC控制系統的輸出頻率達到6min/次時，煤礦企業應該使用繼電器裝置輸出，才能在保證電路結構簡明的基礎上，提高設備的抗干擾性能。如果PLC系統在攜帶有感性負載輸出的過程中，一旦發生斷電情況時就會因為行車浪涌電流導致PLC芯片受損。針對這一情況，工作人員可以采取將其他電路并接續流二極管的方式，吸收可能產生的浪涌電流，避免電流浪涌對芯片造成的損害。③抗干擾優化。實現井下電氣自動化控制系統對外界干擾的有效抵抗也應是其日常管理的要點之一。由于井下作業環境相對惡劣，電氣自動化系統抗干擾性的提升也勢在必行。

3.結束語

總之，科學技術的不斷發展和進步，電氣設備自動化控制技術在礦井井下開采作業中的推廣和應用，促進了煤礦開采效率和質量的全面提升。但是由于當前我國的煤礦井下電氣設備自動化控制系統在實際應用過程中仍然存在著很多問題。所以，煤礦企業必須合理運用科學技術手段，積極的進行煤礦井下電氣設備自動化控制系統的優化和完善，才能在促進電氣設備自動化控制水平穩步提升的基礎上，確保煤礦井下開采生產的安全順利進行。