煤矿井下电气设备自动化控制的应用与优化

文/张海将

煤矿是人们在生产生活中的必需资源，也是一种稀缺资源，所以我国一直都十分重视煤矿行业的发展，以提高煤矿生产效率为第一目标。任何行业的发展都离不开现代科技的支持，煤矿行业自然也不例外。众所周知，煤矿井下作业是一项高危性工作，在实际作业中，不但要求作业安全，还要求作业效率高，但若想同时保证这两点并不容易。后来，通过应用先进的煤矿井下电气设备自动化控制技术，这一难题得到了很好的解决。而若想充分发挥出煤矿井下电气设备自动化控制技术的优势，还需要对其进行有效的应用及合理的优化。

1 煤矿井下电气设备自动化控制的应用

1.1 在采煤机中的应用

采煤机是一种重要的煤矿井下电气设备，煤矿井下作业离不开该设备，所以对采煤机的运行效率与安全要求非常高。不过，由于采煤机的日常运行环境较为恶劣，且设备本身的工作系统非常复杂，所以经常会出现一些问题；同时，随着现代科技的高速发展及煤矿井下作业要求的不断提高，采煤机的功能也在不断增加，但这同时亦增加了其安全风险。面对这些问题，电气设备自动化控制技术的应用是解决它们的最有效手段。通过在采煤机中应用电气设备自动化控制技术，既可以提高采煤机的运行效率，又可以提高采煤机的运行安全性与稳定性。尤其当出现设备故障后，电气设备自动化控制系统可以及时发出警报并暂停设备运行，从而避免安全事故的发生。

1.2 在矿井提升机中的应用

矿井提升机是在煤矿井下作业中所需的一项重要设备，由于矿井提升机的运行条件比较复杂，需在恶劣和繁重的环境下运作，所以出现故障问题的几率较高。不过，在有了电气设备自动化控制技术后，这一问题得以迎刃而解。通过在矿井提升机中应用电气设备自动化控制技术，可以使之在内部软件的辅助下更高效率、高质量地作业，同时还能够有效节约电能消耗，节省煤矿生产成本。

1.3 在皮带输送机中的应用

图1：滤波器的工作原理示意图

在煤矿井下作业中通常需要运用到皮带输送机，皮带输送机的运行特点是电压高、功率大，如果皮带输送机不能稳定运行的话，那么将会对煤矿井下作业造成十分不利的影响。皮带输送机在运行过程中必须要免除一切干扰，且保障运行效率与运行安全，而电气设备自动化控制技术正提供了良好的抗干扰功能，同时还能够对设备运行状态实现实时监控，以便于工作人员及时发现影响运行效率与运行安全的问题

1.4 在流体负荷设备中的应用

流体负荷设备也是在煤矿井下作业中的一类重要设备，常见的流体负荷设备有给水给液用泵设备、风机等。将电气设备自动化控制技术应用到流体负荷设备中，可以使设备的工艺系统控制变得更加灵活。以抽水泵为例，通过应用电气设备自动化控制技术，可以对抽水泵的平滑起停和加减速进行更加灵活的控制，从而既提高其运行效率，又保障其运行安全，以及还能够降低其运行能耗。

2 煤矿井下电气设备自动化控制的优化

2.1 硬件系统的优化

2.1.1 优化输入电路

若想优化输入电路，首先要考虑当系统在正常运行状态下的可编程逻辑控制器供电电源所对应的电压。一般情况下，煤矿井下电气设备自动化控制系统的可编程逻辑控制器端供电电压约在85V-240V范围内，但从系统的实际运行角度上来看，由于煤矿井下作业环境及现场管理复杂，同时干扰因素较多，所以为了保障电路的稳定性，往往需要在供电线路上安装相应的电源净化设备，如滤波器。在具体的硬件系统优化设计中，应使可编程逻辑控制器的输入电源与电压保持为24V的直流电；还要不断完善周边电路的配置结构，避免短路等问题；另外为避免发生过载或短路等问题，还应保证所采用的保险丝质量与性能合格。滤波器的工作原理如图1所示。

2.1.2 优化输出电路

在对输出电路进行优化之时，应当要充分考虑到煤矿井下作业的实际情况与需求。一般情况下，煤矿井下电气设备都需要依赖于晶体管才能够高效地完成指示、标志、调速等输出工作，晶体管的应用既适应于煤矿井下电气设备自动化控制的高频性动作，又有着符合要求的响应速度。在具体的输出电路优化设计中，一者应当要避免浪涌电流，二者应当要防止芯片损坏。一般可以将二极管直接在输出电路盘上进行续接，从而使系统产生的浪涌电流及时被吸收，有效发挥出对系统芯片的保护作用。当煤矿井下电气设备自动化控制系统的输出频率在7-10次/min范围内时，也可使用中间或者固态继电器进行输出，从而提高系统的抗干扰能力和带负载能力。

2.1.3 优化抗干扰能力

研究发现，对煤矿井下电气设备自动化控制系统干扰最大的因素主要是电磁脉冲，所以在优化抗干扰能力之时，应当重点防止电磁脉冲对系统芯片的干扰。具体来说，首先可以应用隔离变压器装置，并优选1：1超隔离变压器，因为它可以有效控制相关干扰因素；其次可以应用金属外壳，即将可编程逻辑控制器设置在金属工作柜上，以用于屏蔽电磁；再者还可以通过对系统的布线方案进行优化改造来加强抗干扰能力，如将强电动力线和弱电信号线两线进行分开布设。

2.2 软件系统的优化

2.2.1 优化程序结构

优化程序结构是优化煤矿井下电气设备自动化控制软件系统的重要一点。常见的程序结构形式有两种：基本程序结构、模块化结构。在实际优化设计中，应当充分结合煤矿井下作业的实际需求对程序结构进行合理选择。具体来说，首先应根据煤矿井下作业现场的实际情况来对控制目标进行模块划分，保证每个模块下都有详细的子任务；其次要对各个子模块的任务一一进行编写和调试，并将之拼装为一个完整的软件程序。

2.2.2 优化程序过程

在煤矿井下电气设备自动化控制软件系统的程序过程的优化设计中，首先要结合煤矿井下作业的实际情况合理优化Ι/Ο接口的分配情况；其次要集中编制煤矿井下电气设备自动化控制系统中的计数器和定时器等；再者还要优化可编程逻辑控制器的程序设计，尽量简化其逻辑结构、减少其内存占用量，以提高系统的运行效率。

3 结语

综上所述，在煤矿井下作业中，离不开对各种高新技术的应用，煤矿井下电气设备自动化控制技术就是其中之一。通过应用煤矿井下电气设备自动化控制技术，既能够有效提高作业效率，又能够有效保障作业安全，所以现代煤矿行业的发展离不开该技术。煤矿井下电气设备自动化控制技术的应用体现在煤矿井下作业的方方面面，但良好应用它的前提是对系统进行不断优化，这样才能够充分发挥出其优势。