煤矿井下电气设备自动化控制应用与优化

煤矿井下电气设备自动化控制应用与优化

郑伟

（兖矿煤业股份有限公司东滩煤矿山东273500）

摘要：在现代化煤矿的开采中，高效、安全的煤矿开采离不开电气自动化控制技术应用。带式输送机的应用在国外是比较早的，发展也相对较快。伴随计算机技术、通讯技术、网络技术、控制技术、检测技术的发展和不断完善，以及对它们的广泛应用，输送机控制的发展也迎来了一个多元化的时代。国内的发展虽然滞后，但是并没有落后，对新技术和新产品的研发取得的成果也是非常可观的。并且提高了生产效率，实现了良好的经济管理效益，同时，采用机械自动化控制也有力确保了施工安全，减轻了生产和管理强度，具有很靠的可靠性和先进性。下面就结合作者的实际工作经验，简要的分析煤矿井下电气设备的自动化控制应用及其优化，以供借鉴。

关键词：煤矿井下；皮带机；电气设备；自动化控制；优化

前言：如何在有限的资金下构建完善、高效地煤矿井下电气自动化控制网络，实现煤矿井下电气设备最优化的电气自动化控制技术，做好煤矿井下电气自动化控制技术应用，是现阶段煤矿所面临的主要问题。我们需要积极的做好电气自动化控制技术创新，经过新技术的应用，提升煤矿井下设备电气自动化控制的水平。

1煤矿井下皮带机集中控制系统的特点分析

1.1控制自动化

采用了工业以太网通讯技术各台皮带主分站，摄像对以网络形式进行控制和监视，所有数据及图像信息采用工业以太网传输。自动化主要体现在系统的控制器的选用和远程监控的功能上。地面的工作人员可以通过工控机进行远距离访问和控制各主站、分站，进行数据的采集和设备管理。另配备12台井上监视器随时掌握设备运行状态，因而也就提升了该套系统的稳定性和可靠性。

1.2故障自我诊断

系统线路、传感设备具有自我检测功能，遇到网络断线、控制模块故障、信号传输干扰等情况，系统会发出相应警报并在地面工控机上显示方便维修人员进行故障分析。

1.3布线方式

采用总线式网络结构所有监控设备以网络节点的形式接入系统主干网无需重复布线，只需两芯光纤以总线方式对接，亦可实现环网结构。以“地面控制为主，井下控制为辅”，地面工控机机与井下控制之间既相联系又互不干扰，井下光纤电缆任意一点断线也不影响地面控制。即便是地面部分发生了故障，也不会影响井下集中控制的正常工作。增强了系统的可靠性。

1.4操作人性化

采用力控组态软件系统画面美观，易于操作，同时具备各种保护动作信息在线显示，模拟真实的井下胶带分布及运行场景，各种保护动作信息保存功能。

1.5低运行费用

由于是远程分布控制，就减少了机组布线，节约了成本费用。又因系统稳定性、可靠性较强，而且系统扩展性良好，网络化程度高，故能通过更改软件系统而实现功能的变换，而不需要重新设计。

1.6低维护费用

系统本身的可靠程度加上自有的故障检测功能，所以降低了系统发生故障的概率，维护费用也就省了下来。

1.7主要功能

对胶带机主电机启动开关进行控制；对设备起停状态，运行中的故障信息，运行中的各种采样值进行检测，同时通过动画和文字的方式，对相关信息进行显示；通话采用半双工通信方式，声强达90分贝以上，同时系统具有完善的语言报警提示功能，对于设备的起停、传感器保护、沿线闭锁及沿线故障、以及保护故障等都带有语言报警；拉动系统自身的电缆，就可实现急停。

2皮带机的控制使用

远程操作控制：井下皮带机集中控制系统远程控制。大体的控制步骤分为地面发出开车信号，通过光纤电缆传送到井下主站，主站接收信号后进行启车前的预警（预警时间可调）然后启动皮带机。远程停机：地面发出停车信号主站接收停车信号后逆煤流进行停机；地面发出急停信号各主站接收信号后所有控制皮带均立即停机。系统运行有三种：集控模式、就地模式和检修模式。集控模式是指系统主站与分站按启动顺序全部启动运行；相应，就地模式是指系统中主站与主站所带分站之间各自带连锁关系运行由主站进行控制；检修模式是指井下主站与分站各自独立运行，给维修人员提供方便的检修条件。在集控模式与就地模式下系统的开停运行要严格遵循“逆煤流启动、顺煤流停止”的原则，而且分站控制一般都要服从于主站的控制，保证现场皮带机的有效运转。

3井下皮带运输机自动化控制系统的优化

在井下皮带机的控制系统中，积极的应用智能化控制系统能够对电动机速度进行有效的调节，保证皮带机处在最佳的运行状态。皮带运输机驱动系统的首选目标是软启动，软停车的特性。皮带是用弹性的，负载运行时惯性很大。皮带上的能量随停车速度值与加速度值的变大而变大。为了减小皮带运输机起停时产生的冲击，也为了平稳启动，可匹配S形的加减速时间。

采用无速度传感器矢量控制的变频调速装置可确保驱动电动机的输出转矩。无速度传感器的矢量控制就是依照电动机的参数和一些关系式检测控制量的励磁电流和转矩电流。为了达到矢量控制，在励磁电流和转矩电流的指令值相同时，输出转矩。如果在电动机上安装测速装置就可实现磁场的定向矢量控制，但事实上安装测速装置很困难，无速度传感器的控制系统不需要这种检测硬件，不但降低了成本，而且减轻的重量，减少了电动机与控制器的连线。

井下胶带运输机的双滚筒驱动和多滚筒驱动如果同步起停，可保证系统内的同步性能。保证各滚筒间的功率平衡就可以保证系统的运输能力。调整两个变频器的速度就可调整相应的电动机的速度差，电动机电流值可通过调整电动机的速度而趋于平衡。

4煤矿井下猴车自动化的控制

4.1ZigBee技术

ZigBee技术是以低成本、低功耗、低复杂度为显著优点的短距离无线通信协议，其关键技术包括微功率网络传输技术和微功率网络定位技术，在满足小型化、低成本同时，实现了移动设备无线联网的要求。由于ZigBee技术的收发模块体积小，功耗低，很容易直接安放在设备或工作人员的器械上，而且它们使用的是直序扩频技术，具有很好的抗干扰能力。

4.2红外线传感器技术

红外线传感器技术作为一项现代信息技术，逐渐获得人们的广泛关注。红外线给人们的感觉是，觉得只有由热的物体放射出来，可事实却相反，凡是存在于自然界的物体，如人类、火、冰等等全部都会射出红外线，只是其波长因其物体的温度而存在着不同的差异。红外线又被称为红外光，它具有干涉、吸收、反射、散射、折射等性质。任何物质，只要它本身具有一定的温度（高于绝对零度），都能辐射出红外线。

人体的体温约为36℃～37℃，所放射出远红外线峰值为90μm～10μm。红外线传感器测量时不与被测物体直接接触，因而不存在摩擦，并且有灵敏度高，反应快等优点。

红外线传感器技术在矿产资源、海洋开发、生命科学、生物工程等领域也都有着广泛的用途，传感器技术已受到各国的高度重视，并已发展成为一种专门的技术学科。

结束语：

总而言之，煤矿井下电气设备自动化控制是煤矿开采的重要发展方向。通过在煤矿井下电气设备中应用煤矿井下电气设备自动化控制方式，能够极大提升煤矿开采效率，确保煤矿井下的安全生产。

参考文献：

[1]张勇平.浅谈煤矿电气自动化控制系统的设计[J].山东煤炭科技，2015（10）：121-122.

[2]谭国林.电气自动化控制技术在煤矿生产中的应用[J].山西煤炭管理干部学院学报，2015（3）：51-52.

[3]雷琳博.煤矿井下电气自动化控制系统研究[J].工程技术：文摘版，2016（14）：00300-00300.