煤矿电气自动化控制系统的优化研究

刘小帆

摘 要：2016年，煤炭占据我国能源使用量的62%，为适应大规模的煤炭开采，必须通过一定措施有效提高大中小煤矿的开采效率和开采质量，其中的措施有煤矿电气自动化、安全防护措施等。本文依据我国煤炭行业开采现状，从多方面分析了煤矿电气自动化控制系统的工作，提出了优化设备系统、创新优化系统软件、创新优化系统硬件三点优化措施。

关键词：煤矿;电气自动化控制系统;优化

前言

随着经济的发展，能源使用量的不断攀升，能源转型从木柴生物质到煤炭、从煤炭到石油再到天然气，世界能源结构中化石能源还是主体，占比高达83%（煤炭28%、石油31%、天然气24%），在中国化石能源的比例为86%（煤炭62%、石油18%、天然气6%），由此可见煤炭依旧占据重要地位。电气自动化控制作为煤炭开采的关键技术之一具有关键作用，其替代手工作业提升了煤矿开采的生产效率，从侧面也保障了工作人员的安全，促进了现代煤矿工业的进步。随着开采规模的扩大，煤矿工业化过程中对于生产技术、生产装置的高效率性以及安全性的需求与日俱增。在工业生产系统中，多项指标均可通过自动化技术实现，节省了大量的人力和物力，但是煤矿电气自动化控制系统受多种因素干扰，工作环境较恶劣，应根据具体的工作环境展开电气自动化控制系统的优化研究。

1.电气自动化控制系统在现代煤矿技术中的应用

2016年，我国GDP增速为6.7%，煤炭消费量占能源消费总量的62.0%，下降2.0个百分点，全年消费43.6亿吨标准煤，增长1.4%。在煤矿开采的过程中，由于位于地下，工作环境较复杂，安全性显得尤为重要，加大了开采的难度。随着计算机技术的发展和电气自动化控制系统的应用，相比机械手工开采提升了开采效率，保障了工人的安全，对于煤矿开采具有重要影响。电气自动化控制系统不仅降低了开采的难度，也降低了企业的成本，企业将投入更多精力到科研和安全保障上面，提升开采效率，降低百万吨死亡率，提升企业效益。单片机是电气自动化控制系统的核心，单片机是计算机微型化的成果，在不同环境中，根据不同的选择原则和方式选择不同的单片机。在矿井初期进行设计时，设计人员应充分勘探生产环境，考虑各种可能存在的影响因素，对环境进行严密的考察和勘测，这是单片机在矿井正常工作的基础和前提。在使用单片机时，应注意防水和防漏电等安全事项，以防工作人员误伤。目前中国大多数矿井生产中，应用较多的是PLC单片机，这种型号的单片机尤其要注意防水和防漏电，以保证其正常使用。在神华中煤等大型煤矿中，现代化煤矿技术中应用单片机的主要目的是为了实时保护系统设备，其工作原理是将检测到的电信号转换为电压信号，然后通过各种手段将其进行放大，然后转换成数据，最后对信息进行收集和整理分析。

2.煤矿电气自动化控制系统的优化措施

2.1优化设备系统

为实现电气自动化控制的最大效率，首先要做的是对整个系统的功能和状态进行完整的测评，然后选取合适的PLC设备。当煤矿只是想运用设备对矿井瓦斯浓度进行控制时，选取微型设备即可满足。当煤矿想要根据矿井中不同高低的水位选择水泵的工作状态时，这时对 PLC设备的要求就不局限于微型设备了。现代化的矿井设计中，企业为了更有效获取井下工作状态和实时数据，进行高效的决策，对PLC设备的选择较苛刻，需要在PLC设计时即满足对矿井的全方位实时监控，甚至满足更高的要求。另外在选择编程程序时也存在一定的要求，目前常用的三种编程程序包括：手控编程程序、PLC编程程序、计算机编程程序，三者的特点各不相同。手控编程程序效率较低，编程质量不高，在数据较少时使用，在实际矿井应用中并不常见，是一种基础程序。PLC系统编制程序应用的范围较窄，一般应用于大型矿井。在实际情况中，PLC编程系统与计算机编程系统相结合应用更高效，场景也更多，但是缺点也很显著，前期投入成本高，程序较为复杂，现场调试不方便。故在矿井应用电气自动化控制系统时，应根据自身情况对编程程序进行选择和优化。

2. 2创新优化系统软件

提高矿井工作效率和工作质量的途径之一是对系统软件的优化创新，为实现这一目标，首先要将内部软件进行组合装配，转化成查看直观的图表，以实现对系统内部软件的处理，这一步骤是PLC系统应用过程中的关键一步，也是其难点。在实际应用中，应先判断矿井生产规模和环境，使优化的系统能够符合实际工作，从而提升工作质量和效率。

2.3创新优化系统硬件

系统硬件分为输入设备和输出设备两个部分。在对输入设备进行优化时，考虑到安全性，应首先考虑PLC设备的供电电压。在正常情况下，PLC设备的供电电压区间位于85 V～240 V之间，但是考虑到实际工作面的复杂情况，应该在初始安装电源的过程中就对电源实施一些净化措施，创造一个良好的工作环境，排解外部环境可能造成的危害因素，保证工作的稳定性。一般采用变压器和滤波器两种设备对电路进行优化设计，根据工作面情况组合应用两种设备，基本上可以实现对电压的有效控制。在对输出设备进行优化时，主要考虑对指示标准及调试装置的选择，一般采用的输出方式是晶体管输出，其特点是可以优化电流频率，适应于高频动作，响应时间短，确保系统的反应速度。对输出电路采用继电保护的方式可以简化电路。

3.小结

在未来几十年内，煤炭仍会是我国经济发展和人们日常生产生活所需要的重要能源，煤矿开采技术的进步依旧非常关键，在煤矿电气自动化控制系统的实践应用中，应根据实践经验对系统内部和系统外部的元器件和工作原理进行不断的创新和改进，只有这样才能保证煤矿开采技术的进步。在系统内部应用PLC电器自动化控制时，系统的运算和编程效率得到提高，同时煤炭行业的发展也在前进。因此，我们要对系统软件和系统硬件进行优化，确保输出电路和输入电路的稳定运行，将各系统的供电电压控制在合理范围内，推动煤炭行业的可持续发展。

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