煤矿井下电气设备自动化控制应用与优化

（山西西山晋兴能源有限责任公司 山西 030053）

引言

计算机、网络、信息等与自动化控制技术的紧密融合，促进了煤矿井下电气设备自动化水平的有效提升。信息技术的迅速发展以及自动化控制技术的不断完善，自动化控制技术在煤矿井下开采作业中的推广和应用，不但促进了煤矿井下开采效率和质量的有效提升，而且确保了煤矿井下开采作业的安全顺利进行。

1.煤矿井下电气设备自动化控制的应用

(1)在采煤机中的应用

采煤机作为煤矿井下开采作业最重要的电气设备之一，采煤机能否安全稳定运行是影响煤矿井下开采效率和质量的重要因素，所以，煤矿井下开采对采煤机运行效率和安全性提出的要求也相应更高。采煤机日常运行的环境极为恶劣再加上采煤机设备自身工作系统复杂程度极高，一旦采煤机在运行过程中发生故障必然会对煤矿开采的效率和质量产生不利影响。现代科学技术的发展以及采煤机功能的不断完善，提高了煤矿井下作业的效率，但同时煤矿井下开采面临的安全风险也随之增加。针对这些问题，煤矿企业必须充分发挥电气设备自动化控制技术的优势，才能及时的发现和解决采煤机运行过程中存在的故障隐患，确保采煤机的安全稳定运行，促进煤矿开采效率和质量的全面提升。

(2)在矿井提升机中的应用

矿井提升机是煤矿井下作业的重要设备之一，由于矿井提升机大多在恶劣的环境下繁重的运行，因此煤矿提升机发生故障的概率也相对更高。随着电气设备自动化控制技术的应用，不仅彻底解决了这一问题，而且融合了电气设备自动化控制技术的煤矿提升机，不仅设备运行的效率得到了显著提高，而且节约了煤矿井下开采作业的电能消耗量，降低了煤矿企业的生产成本。

(3)在皮带输送机中的应用

皮带输送机是煤矿井下作业中常用的电气设备之一，由于皮带输送机的运行具有电压高、功率大的特点，一旦皮带输送机运行稳定性达不到要求的话，必然会对煤矿井下作业的安全顺利进行产生无法挽回的影响。所以，煤矿企业必须采取积极有效的措施，排除一切可能影响皮带输送机运行安全性与稳定性的不利因素，充分发挥电气设备自动化控制技术的抗干扰功能与实时监控功能，工作人员才能及时的发现和解决影响皮带输送机运行效率和安全的问题。

(4)在流体负荷设备中的应用

流体负荷设备作为当前煤矿井下作业中的重要设备之一，目前，常见的流体负荷设备主要有给水给液用泵设备、风机等几种。电气设备自动化控制技术在流体负荷设备中的推广和应用，不仅提高了设备工艺系统控制的灵活性，确保了流体负荷设备的安全稳定运行，而且有效的降低了煤矿井下开采作业的能源消耗量。

(5)对井下环境的监控

由于传统的井下监控作业主要是工作人员采用手持直读式检测设备进行检测，所以其应用功能相对单一。针对这一问题，如果在二次检测间隔时间内，矿井下瓦斯聚集达到爆炸程度的话，必然会对煤矿井下开采的安全生产产生无法挽回的影响。反之，如果煤矿企业在煤矿井下设置自动化检测系统的话，工作人员就可以通过连续检测环境参数的方式，确保煤矿井下开采作业的安全性，即便是发现了可能出现的安全隐患，工作人员也可以及时的排除安全隐患，确保井下安全生产不受影响。

2.煤矿井下电气设备自动化控制的优化

(1)选型的优化

目前，市场上应用的电气自动化控制PLC系统种类繁多，且不同种类和品牌在实际应用过程中的性能方面也存在很大的差异。所以，煤矿企业在选择和使用电气自动化系统设备时，应该充分考虑以下几方面的问题。①明确矿井下电气自动化系统的构建模式。煤矿企业在选择矿井电气设备自动化系统时，必须以矿井开采作业的实际情况为基础，在明确系统规模的基础上，选择符合要求的电气设备型号。比如，现阶段我国煤矿矿井开采作业中常用的西门子PLC系统，煤矿企业在监测矿井下瓦斯涌出量时，应该根据煤矿企业生产的实际情况，选择和使用SIEMENS-S7-200等微型PLC控制系统。在检测矿井下水文变化数据时，工作人员科研通过调控水泵房设备运行状态的方式，掌握煤矿井下水文变化的数据信息。由于煤矿矿井下电气自动化控制系统的运行环境复杂程度较高，所以煤矿企业应该根据实际情况选择SIEMENS-S7-300等中型PLC控制系统作为电气设备自动化控制系统。②明确I/O点类别。煤矿企业构建电气自动化控制系统时，应该根据煤矿矿井开采生产过程中系统使用要求和被控制对象的难易程度，确定I/O点类别和数量，并以此为基础制定相应的设备使用清单，然后根据系统控制量，预留相应的软硬件余量，避免因为出现设备后期扩容浪费等情况，影响电气设备自动化控制系统运行的效果。③编程工具选取。就目前来说，我国煤矿电气自动化控制系统在实际应用过程中使用的编程工具主要以手持式编程器、图形编程器、计算机软件编程器等几种类型。在这其中手持式编程器只能通过数量有限的的预设语句表完成编程操作，这种编程工具不仅应用效率低，而且使用范围也非常狭窄，只能满足简单的微型OLC编程要求。而图形编程器则主要是运用梯形图进行编程，这种编程工具因为自身具有的直观简洁的特点，被广泛应用于中型PLC的编程。计算机软件编程虽然是一种最高效、最简洁的编程方法，但是由于计算机编程受限于软件开发难度大、成本高等因素，所以这种编程方法往往被应用于矿井大型PLC控制程序的构建中。

(2)软件的优化

软件是电气自动化控制系统运行的核心，其优化程度的高低对于电气自动化控制系统运行效率的高低有着决定性的影响。一般情况下，煤矿企业应该采取软件优化盖梁与硬件设施优化同步进行的原则。首先，软件结构优化。煤矿矿井电气自动化控制系统的设计，可以详细的分为模块设计与基本程序设计两种类型。其对于煤矿井下生产来说，电气自动化控制系统的运行必须严格的按照矿井井下生产情况的调控为基础，选择最佳的模块化设计方式，为电气自动化控制系统功能的拓展提供便利。①按照要求将煤矿井下自动化控制系统划分为不同的子任务模块，然后针对不同模块进行单独的编写和调试，最后再将各个单独的模块整合在一起使其形成一个完整的程序。②根据煤矿矿井井下生产的实际情况合理的调整煤矿矿井自动化电气控制系统的运行状态，确保电气自动化控制系统始终保持高效稳定的运行状态。其次，程序设计过程优化。煤矿企业在进行矿井电气自动化控制系统程序的优化时，必须将I/O节点的优化分配作为首要目标，根据矿井井下生产的实际情况合理的进行I/O节点井下按需分配，才能在实现集中调控各个I/O节点目标的同时，为后续维护作业的开展奠定坚实的基础。

(3)硬件的优化

硬件架构是煤矿矿井电气设备自动化控制系统建设的核心，其结构是否良好直接决定着电气设备自动化控制体系运行的安全性与稳定性。因此，煤矿企业必须充分重视电气设备自动化控制系统性能的优化和改造工作。①优化输入电路。针对电气设备自动化控制系统输入电路的优化和改造，煤矿企业应该采用供电电源为80V-240V交流电的PLC作为首要的电气设备，确保电气设备良好的宽幅适用性。为了提高电路输入系统的抗干扰性能，确保电气设备自动化系统运行的安全性与稳定性，煤矿企业必须通过在输入电路中增设电源净化装置的方式，彻底屏蔽电路输入系统中的脉冲干扰信号。②输出电路优化。煤矿企业在进行电气设备自动化系统输出电路的优化工作时，应该根据煤矿矿井生产的实际情况，合理运用晶体管对各种标示和调试设备进行输出，才能在满足设备高频动作要求的前提下，增强输出电路的反应效率。比如，煤矿企业在进行井下水泵机房的电气自动化控制时，如果PLC控制系统的输出频率达到6min/次时，煤矿企业应该使用继电器装置输出，才能在保证电路结构简明的基础上，提高设备的抗干扰性能。如果PLC系统在携带有感性负载输出的过程中，一旦发生断电情况时就会因为行车浪涌电流导致PLC芯片受损。针对这一情况，工作人员可以采取将其他电路并接续流二极管的方式，吸收可能产生的浪涌电流，避免电流浪涌对芯片造成的损害。③抗干扰优化。实现井下电气自动化控制系统对外界干扰的有效抵抗也应是其日常管理的要点之一。由于井下作业环境相对恶劣，电气自动化系统抗干扰性的提升也势在必行。

3.结束语

总之，科学技术的不断发展和进步，电气设备自动化控制技术在矿井井下开采作业中的推广和应用，促进了煤矿开采效率和质量的全面提升。但是由于当前我国的煤矿井下电气设备自动化控制系统在实际应用过程中仍然存在着很多问题。所以，煤矿企业必须合理运用科学技术手段，积极的进行煤矿井下电气设备自动化控制系统的优化和完善，才能在促进电气设备自动化控制水平稳步提升的基础上，确保煤矿井下开采生产的安全顺利进行。