软启动技术下的煤矿电气控制系统设计

马丽茹

（长治职业技术学院，山西 长治 046000）

软启动技术凭借自身高准确性、强灵活性等特征,被广泛应用于煤矿电气控制系统设计中，不仅有效优化了煤矿生产工序，提高生产效率，还提高了煤矿企业的社会效益和经济效益，为进一步提升生产力和市场核心竞争力提供重要的技术支持。因此，在软启动技术的应用背景下，如何科学设计煤矿电气控制系统是技术人员必须思考和解决的问题。

1 软启动概述

1.1 软启动器工作原理

软启动器主要由三对晶闸管组成。利用晶闸管可将电源与被动电动机进行有效串联，使两者建立起有效联系。软启动器工作原理为：通过采用控制触发脉冲的方式，科学调节触发角度，从而获得比较合理、科学的端电压，起到调速电动机的作用。随着电动机运行时间的不断延长，晶闸管的导通性能和输出电压值会呈现不断增加的趋势，为实现软启动器的平稳启动打下坚实基础。

1.2 软启动选择

为提高煤矿企业的生产力和市场核心竞争力，保证煤矿生产的稳定性、可靠性和安全性，在设计煤矿电气控制系统前，要从以下方面入手，做好对软启动器的科学选用。（1）选生产厂家。在该环节要优先选择较正规且信誉良好的生产厂家，以保障质量，从而避免因软启动器质量不达标影响后期煤矿电气控制系统的设计效果。（2）选型。在综合考虑负载实际需求的基础上，将离心泵设置为煤矿电气控制系统的主要负载设备，同时确保所选用的软启动器具有强大的带泵控制功能。此外，为提高煤矿电气控制系统的稳定性和可靠性，系统内部还需安装两种保护装置：欠载保护装置以及防相位颠倒保护装置。（3）选规格。为保证软启动器选择的科学性和合理性，需综合考虑标准功率、负载性质以及电流大小等规格参数。技术人员在选择软启动器时只有做到以上几点，才能选出合适的软启动器，为后期煤矿电气控制系统的设计提供有力的保障。

2 系统总体设计

2.1 系统总体设计思路

在软启动技术的应用背景下，为进一步提高煤矿电气控制系统的设计效率和效果，技术人员要针对矿井自动化控制需求，加强对项目的实时管控[1]。该项目主要包含以下子系统：调度监控中心系统、矿井工业电视系统、自动化监控网络系统和地面供配电自动化监控系统。这些子系统作为整个系统的核心部分，其设计水平直接影响系统的运行性能，因此必须重视其设计。

2.2 煤矿供配电系统设计

煤矿供配电系统是煤矿电气控制系统的主要子系统，在具体设计中，首先要将矿井变电站位置集中在主工业区场地，同时将变电站总容量设置为63 000kV·A。其次，根据电压等级，针对变电站使用需求，科学设计进出线路，保证变电站供电的稳定性和可靠性[2]。此外，重视对井下高压配电系统的科学应用，以满足矿井的安全生产需求。现以矿井工作面为研究对象，采用供电计算的方式，从以下方面入手实现对供电系统的优化设计，为进一步提高供电系统的运行性能打下坚实基础。（1）在综合考虑大采工作面总长度的基础上，实现对供电设备的科学布局和设计，向大采工作面提供电源，确保工作面能够可靠、稳定、安全运行[3]。（2）技术人员按照表1 所示的主要负荷核算设备参数，对采煤机、破碎机以及输送机的负荷进行科学计算。

表1 主要负荷核算及设备参数

在设计中尽可能降低电式软启动器的操作次数，采用科学布设电缆线的方式，减少电缆线的使用量，以达到节能降耗的目的[4]。此外，在对工作面配电软启动器进行设计的过程中，要将该软启动器设置在配电点附近，确保供配电系统运行性能。LoRa 属于远距离无线电，主要由Semtech公司创建和研发，具有低功耗、传播距离远等特点。利用LoRa 不仅可突破传统传输距离与功耗计算方式的局限性，还能为用户提供一个电池寿命长、存储容量大的远距离通讯系统，为进一步拓展传感网络，解决无线传输效率低问题发挥重要作用。变电所配置设计示意如图1 所示。

图1 变电所配置设计示意

3 系统功能设计

技术人员要严格按照图2 所示的系统核心功能设计示意图，完成对自动化监控网络功能、井下供排水自动化功能、KTC101 集控功能的科学设计，为用户带来良好的使用体验。

图2 基于软启动煤矿电气控制系统功能设计示意

3.1 自动化监控网络功能设计

自动化监控网络功能设计主要是借助以太网，将信号以及工业控制相关机械设备运行情况安全、可靠地传输到调度监控中心。该功能主要包含以下四个子功能：传输网络、自动化监控中心、调度指挥中心以及工业电视系统[5]。网络传输是指通过加强对所有网络信息传输模块的科学设计，确保相关信号能够高效、安全传输。自动化监控中心是指通过传输网络，将系统内部所有子程序有效结合，使其成为统一整体，同时，向自动化控制中心传输系统所接收到的信息数据，由自动化控制中心向操作人员发送相关操作指令，便于操作人员执行。另外，在设计操作室时，为进一步提高系统运行性能，需将供配电系统、运输系统、供水系统以及地面通风系统等多种自动化监控系统进行充分结合[6]。自动化监控网络功能在具体运用中，需对网络设备室进行科学设计，同时采用整合信息数据的方式，不断提高网络监控的智能性、针对性和有效性。为此，需要在所有投影单元中完成对数字输入端口的科学设计，同时采用以太网连接的方式，实现对RGB 信号的科学模拟处理，为设计和开发强大的视频数据压缩功能、自动化控制功能创造良好条件。自动化监控网络功能是煤矿电气控制系统的核心功能，其设计水平直接影响系统的运行性能，因此必须重视这一核心功能的科学设计，提升用户的使用体验。

3.2 井下供排水自动化功能设计

技术人员在设计时须重视对井下排水问题的解决[7]。首先要利用中央水泵房实现对系统的智能化控制和管理，同时将系统划分为两个子系统：井下排水自动化监控系统以及井下恒压供水自动化系统。通过采用集中控制的方式，对两个系统进行统一管理，以满足煤矿生产供排水需求[8]。同时为实现对井下生产的自动化、智能化控制，要全面改造和设计井下泵房、排水管路的监控功能。通过采用总体监控的方式，实现对煤矿的智能化监控，从而降低煤矿企业的人力成本。在对泵房进行控制时，无须专人看管，仅通过智能化监控方式，就能实时了解和掌握相关设备的实际运行状况。在该过程中，技术人员需借助逻辑控制器，将控制主站设置在中央水泵房内[9]。控制主站运行方式包含以下三种类型：手动运行方式、自动化控制方式和远程控制方式。操作人员根据实际情况从中选择比较合适的运行方式，对控制主站进行控制和管理。例如，在使用远程控制方式的过程中，操作人员无须到水泵现场进行看管，仅利用微机就可实现对相关设备运行状态的智能化控制和管理，为日常工作带来极大的便利。在使用自动化控制方式的过程中，相关设备会针对地下水位的实际变化情况，自动进行开泵处理或者停泵处理[10]。此外，还要为所有的控制分站配置相应的报警系统和显示屏幕，便于操作人员实时查看设备运行状况，确保系统自动预警事故，提高生产的稳定性、可靠性和安全性。最后，要将电动控制阀安装在所有的水泵房中，为提高系统的自动化、智能化控制水平产生积极影响。

3.3 KTC101 集控功能设计

KTC101 集控功能设计需充分结合煤矿的实际生产情况，实现对功能的科学设计。KTC101 集控功能主要用到了两台控制主机，其中一台用于对煤矿生产区域相关工作面的实时监控,另一台负责对变频主机的实时监控。同时，技术人员要重视工作面控制系统的全面改造和升级，在改造和升级的过程中要尽可能保留和继承比较成熟、先进的集控方式，实现对变频一体机的自动化控制和管理，为实时监控一体机的运行状况提供保障。

4 结语

综上所述，随着我国信息技术的不断发展，煤矿电气控制系统不断涌现并被广泛应用于煤矿生产和管理领域中，为促进煤矿企业管理向智能化、信息化、高效化方向发展提供重要的平台支持。该系统在设计中充分利用了软启动技术，促使传统的电动机向电子式软启动器转变和升级，为提高煤矿智能化控制水平提供了有力的保障。此外，为了充分发挥和利用软启动技术的应用优势，设计和研发了一款符合煤矿企业使用需求的煤矿电气控制系统。

技术人员要树立与时俱进的观念，不断学习与软启动相关的新知识和新技术，提高自身的专业能力和设计水平，确保软启动技术与煤矿电气控制系统设计充分融合。这样不仅有利于保证系统运行的稳定性和可靠性，还能提高煤矿生产的安全性和效率，并为促进煤矿企业的健康、可持续发展，提高煤矿企业的社会效益和经济效益提供重要的平台支持。