煤矿机械电气控制系统的设计研究解析

曾永

摘要：随着煤矿开采技术的不断提高，对煤矿机械电气控制系统提出了更高需求。为保障煤矿机械电气控制系统的有效运行，要进一步提高煤矿机械电气控制系统的安全性及可靠性。基于此，本文从煤矿机械电气控制系统设计研究解析入手，深入分析当前机械电气控制系统，为进一步升级改造提供参考。

关键词：煤矿；电气控制系统；设计

采煤机械的主要功能是将现代科技运用到矿井中，代替传统的手工作业。与传统的手工开采相比，采用煤矿机械具有高效率、高质量、安全可靠的特点。目前，我国煤炭工业使用的采煤机主要是电力驱动采煤机，工作原理是通过电力驱动采煤机在煤层内转动，将矿井内的煤炭通过相应的运输工具输送到地表。电牵引式采煤机采用横向式电动机，电气牵引式采煤机以电脑为主，配有显示屏，可显示工作状况及故障探测。电牵引采煤机以多台电动机为动力，采用框架式的焊接结构，由主机架、破碎装置、摇臂等组成，采用销轴连接。电拖式采煤机具有便于拆装、检修和维护的特点。

随着科技水平的提高，煤矿设备在不断更新，电力控制系统也在不断更新。目前，煤矿井下采煤机的电力控制系统由电源、电源、遥控接收器、PLC、端子板、主回路、调速系统、主控制系统等构成，主控系统是 PLC，它的主要功能是处理操作台的运行和控制信号，然后将处理结果传送给执行器，从而控制采煤机。

一、机械电气控制系统的作用

（一）高效控制煤矿机械

煤矿机械电气操作控制系统能高效控制煤矿机械设备。机械电气控制系统可以有效监控电气设备的运行状态，有效降低生产中由于电气控制系统原因造成的停产。由于煤炭资源储量丰富，煤矿机械是煤矿生产的重要装备，因此对电力需求较旺盛。如果在电力系统的运行中采用电气控制系统，可以提高能源利用率，减少电力成本。

（二）确保机械设备持续安全运转

随着煤矿机械电气设备的不断增加，为了保障操作人员安全、稳定的操作，要加大对机械机电控制系统的建设力度。从安全角度看，随着技术的不断发展，电气设备对生产和发展起到的作用日益明显，通过优化电气控制系统结构，提升电气控制系统的可靠性和有效性。

（三）改善煤矿机械工作环境

在机械电气控制系统设计中，充分利用电气控制系统设计带来的诸多优势改善煤矿机械工作环境。当煤矿机械工作环境较为恶劣时，需要进行改造，要考虑环境因素，并有效控制影响。

二、机电设备的设计过程

机电设备在设计过程中，主要包括以下三个环节：第一，确定生产目标及机电设备的规格型号。第二，确定产品方案、设备的安装位置、结构类型和结构特点。第三，确定辅助设施、设备清单以及设备类别。机电设备设计的过程主要由前期分析机电设备的结构形式及材料性能，为后期的设计工作提供技术支撑。

（一）机电设备的性能分析

在设计机电设备的过程中，首先要分析机电设备的材质和性能，结合自身的使用情况确定机电设备的性能和特点。选用机电设备时，要注意稳定性和使用寿命；在设备选型时，要关注设备使用后的维护问题。其次，设计机电设备，分析设计过程中的内容。最后，根据机电设备在使用过程中的安全隐患和环保要求，从而确保机电设备设计过程中的科学性和可靠性。

（二）机电设备的选型

设备选型的目的是为生产过程提供设备的基本需求，按照特点、功能、性能等方面进行设计。设备选型的目的是保障生产过程中的正常运行。因此，一定要结合自身特点及实际需求，要根据设备自身特性、功能、性能等方面要求进行选择，并结合机电设备的工作特点，充分考虑设备的运行方式。

（三）机电设备的结构设计

机电设备的结构设计是整个机电设备设计过程中的重要环节，主要体现在以下方面：第一，确定机电设备的结构形式，根据类型和性能进行筛选和选择。第二，确定机电设备结构尺寸及结构形式。确定设备的基本尺寸和主要参数，还要与机电设备的设计指标进行对比分析。

（四）机电设备的安装

机电设备安装工作的主要目的是确保设备正常运行。在安装过程中涉及的问题较多，主要包括：第一，确定设备的安装位置。第二，确定机架之间的固定位置和空间位置，例如，机架与巷道间的固定安装位置以及机架与设备之间的空间位置。第三，安装施工工艺及技术措施。第四，设备调试及试运行。

三、机械电气控制系统的具体设计原理

机械电气控制系统是煤矿机械电气控制系统的重要组成部分，它包括电动机和电气控制设备。电动机主要承担传动和变速功能，可以为矿井提供源源不断的动力。同时，电动机还可以通过连接不同电气设备，实现多台设备之间的联动。因此，为了满足现代化煤矿机械化采煤需求、确保煤矿生产安全，要合理布置不同机械电气设备。

（一）电动机

电动机的具体布置包括两个部分：第一，电源布置，为了满足电动机提供动力的需求，确保其处于较好的工作状态。第二，工作环境布置，通常指配置工作环境较恶劣地方的用电设备，从而确保设备在使用中更好的工作。电动机一般要采用低噪音标准的产品进行布置，在实际工作中，要尽量采用高效电机，以提高工作效率，保障设备运行稳定。

（二）电气控制设备

在自动化成都较高的矿井中，电气控制设备主要由显示装置、远程控制、数据显示传输等系统构成。远程控制是一种适用于各种控制任务的通用型、高性能、高可靠性的工业自动化系统，主要实现对其他设备的起停、闭锁等功能，在一定程度上实现智能化和自动化。

（三）人机界面

人机界面是指利用计算机以及通讯网络技术控制机械电气控制系统中的各个部件，并以图形、声音和动画等形式展现。通常情况下，人机界面是在主电脑中设计，并以图形形式显示。在这种情况下，用户不仅可以操作和查询，还可以现场控制设备之间的信息交互，因此可以监控和管理整个控制系统。

（四）改造深度指示器

传统煤矿开采工作中使用的深度指示器是机械式的，在测量精确度方面的表现还不够理想，体积和质量较大。随着计算机信息技术和电子技术的发展，在电气控制系统中的应用越来越多，利用先进信息技术改造深度指示器后，深度指示器除了具有输出脉冲信号、采集并校核计算信号等功能外，与PLC系统配合能更好地监控煤矿设备的工作过程。

四、机电设备电气控制系统的设计方法

机电设备电气控制系统主要分为主控系统和辅助控制系统两大类。主控系统包括主控电源、电气设备控制信号等控制系统相关材料和硬件设备等。辅助控制系统包括主控制系统执行机构、电动机以及电机控制信号等控制设备相关材料和硬件设备等。

（一）机电设备电气控制系统的主要功能

机电设备电气控制系统主要包括：对电力设备、控制系统、电气设备、辅助设备等控制系统进行自动控制；控制设备参数；控制设备运行状态；检测电气设备状态；合理整合上述功能。

（二）控制系统硬件设备的确定

机电设备电气控制系统的主要设备有电动机、控制柜、变频器、电动机等，是电气控制系统的主要部件，是机电设备电气控制系统的核心。硬件设备在整个电气控制系统中是影响工作效果的关键因素。通常情况下，可以通过以下几种方式确定控制系统设备：首先，在了解机电设备控制系统工作原理基础上，通过与现场具体工作环境的适应性分析确定具体的工作方式。其次，通过对控制系统设备特性的分析，确定具体的工作原理。最后，通过优化设计方案，确定控制系统硬件设备的具体位置和作用形式。除此之外，通过分析系统数据，确定具体参数和控制范围，从而使控制系统操作更加便捷，为设备的正常运行提供保障。

（三）电气控制技术应用

在设计初期，需要考虑电气控制技术应用的问题。首先，在设计控制系统时，根据机电设备电气参数范围等多方面因素计算分析，确定机电设备电气的运行参数和范围。其次，研究机电设备电气控制技术应用，将机电设备电气应用控制技术分为机械控制技术和电气控制技术。电气控制技术包括智能机械控制技术、电气控制技术以及信息处理技术等，结合机电设备电气控制系统实际情况，在机电系统中合理应用。

（四）胶带输送机电气控制系统

胶带运输机的电控制系统由电控装置、软启动装置、变频器、调速液力耦合器、CST、液体粘性传动装置组成。各部件和设备之间的配合关系将会影响皮带输送机电气控制系统的正常工作，它可以对皮带输送机的加速、减速、启动、停止进行控制。一般胶带输送机的加速、减速、启动、停止的控制标准是0.3m/s，在控制过程中，要认真检查，以确保胶带输送机启动的最低加速度和启动条件，并确保电动机的动力均衡。为了保障皮带输送机的工作状况，还应随时监测上位计算机，了解输送速度、煤流量、温度、打滑、电流、堆煤、烟雾以及跑偏情况等，由于计算机可以准确显示分站位置，更能实现故障的自动报警。为便于监测煤矿，还应把各煤矿的监测系统进行联网，使数据远传，实现远距离监测的目的。

（五）矿井提升机电气控制系统

矿井提升机是井下人员和设备与外界交流的重要设备。然而，随着科技水平的不断提高，传统的矿井提升系统已不能适应煤矿生产的需求，而 PLC 技术和计算机技术广泛运用于矿井提升系统，改善了矿井提升系统的综合性能，不但能推动矿井提升机的自动化，还能提高安全性。

常规矿井提升机的工作原理是通过减速装置传输电力，在将电力传输到卷筒后，将集装箱放下或升起，而盘式制动器则以水力或电的形式实现，通过传感器、转速发生器等组成安全保护装置。采用计算机技术可以进一步改造煤矿提升机的安全防护体系。煤矿提升机电控制设备的核心部分也会随之改变，以数字控制为核心，基于PLC的控制系统，动态监测煤矿提升机的状态，通过数字方式显示故障，采用DC调速器与大功率变流器进行技术连接，实现全过程的数字化控制。此外，它可以同时安装两个独立的传感器、测量设备和数据处理系统，以确保紧急情况下的需求。

交流变频升降机是一种较先进的煤矿升降机，具有调速性能好、低频运行性能好、电压利用率高、转矩脉动小、输出转矩大的特点，再加上极佳的故障防护与诊断功能以及科学的薄膜面板设计，提高了综合性能，也能确保提升过程的安全性，因此在很多地区得到大力推广和使用。

五、结语

综上所述，为了满足我国煤矿企业发展需求，相关人员要重视煤矿机械电气控制系统和相关理论知识的研究。而在煤矿机械电气控制系统设计过程中，要重视分析实际生产应用过程中出现的各类问题原因，并在分析基础上采取相应的措施，确保生产环节顺利进行，进而保障煤矿企业产品质量。此外，在实际生产过程中，也要重视对技术改造方面问题的研究。

通过以上分析可知：在煤矿机械电气控制系统设计过程中，要重视煤矿企业相关人员技术水平的提升，同时通过建立技术团队以及技术交流等方式加强研发人员与技术人员的联系，提高煤矿机械电气控制系统整体设计能力和水平。从长远看，这种方式还能确保控制系统在安全生产运行过程中始终保持稳定状态。

煤炭是我国的重要能源，我国是能源消费大国，煤炭与社会和经济的发展息息相关，因此要确保煤炭工业的可持续发展。另外，煤炭资源是一种自然资源，必须在合理范围内开发开采，采用先进、合理的开采技术十分必要。

参考文献：

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