煤矿电气自动化控制系统设计及优化研究

煤矿电气自动化控制系统设计及优化研究

蒋志扬

身份证号码510106198612256219

摘要：中国煤炭资源较为丰富，在能源结构中占有很重要的地位，推动着国民经济的快速发展，为国家成为现代化强国提供了很大的保障。将自动化控制系统广泛运用于煤矿实际开采过程中，不仅可以节约成本，减少作业人员的工作量，还可以确保作业人员的生命安全。电气自动化控制系统的运用是煤矿企业实现高效益生产的有效手段，使煤矿企业的发展更绿色、更安全以及可持续。

关键词：煤矿、电气自动化控制系统、设计优化

一、电气自动化控制系统的特点

电气自动化控制系统的功能具有多元性，例如自动控制、动态监测、保护功能等，有着鲜明的特点。a)具有一定的兼容性特点。随着煤炭需求量的日益增加，煤矿开采由浅层推进至深层，开采环境和条件会更复杂，需要可靠的电气设备来满足开采的要求。不同的电气设备在运行中的范围和功率存在差异，但是电气自动化控制系统可以对这些设备进行统一控制，使设备发挥很好的协同作用，再加上系统本身兼容性较强，可以很好地提高开采效率，确保开采顺利进行。b)具有智能化特点。绝大多数煤矿生产已经趋于自动化，甚至由自动化生产转向智能化生产，在运行期间，按照设置的程序有序进行，对于其运行阶段的控制信息，可以综合整理，在此基础上辅助相关人员不断优化开采方案，这样不仅可以提高开采效率，还可以降低安全风险。c)具有集成化特点。煤矿的开采流程较复杂，涉及探测、掘进、资源输送、安全支护等，每一个流程的运行都会涉及自动化控制系统，若分流程管理，会增加工作量和负担，所以需要进行集成化管理，通过满足不同工序的要求，电气自动化控制系统集成其技术和功能，更大程度地发挥自身的作用和功能。

二、煤矿电气自动化控制系统的应用

（一）在采煤机上的应用

煤矿开采过程中，采煤机是极其重要的机电设备之一，直接影响着煤矿生产的安全性，机电设备的使用离不开电气自动化控制系统，将两者相结合可以很好地提高运行效率和开采产量。一般来说，采煤机本身构造比较复杂，工作环境特殊，如果运行不当，则会影响整个开采生产线。而电气自动化控制系统的引入可以实现随时监测开采状态，了解设备的运行状态，及时发现问题，解决问题，从而消除一系列安全隐患，提高煤矿企业的经济效益。

（二）在采煤运输过程中的应用

采煤运输是煤矿开采中的重点，通常使用带式输送机，此类机电设备存在高电压、高功率的弊端，有时还可能存在不稳定的情况。因此，引入电气自动化控制系统，有利于实时监测电压和功率，同时再配置运输监控系统，尽可能地排除运输过程中可能出现的问题。只有这样，才可以及时发现并解决运输设备所存在的问题，从而保障煤矿开采的效率及安全性，使电气自动化控制系统在煤矿开采中得到广泛的运用。

（三）在监控系统中的应用

在煤矿开采中，监控系统的构建尤为重要，可以有效地保障整个开采流程的安全和顺利推进。除了监测外部环境以外，煤矿企业还会把监测装置和报警装置安装在一起，使用红外线、断电仪、喷雾等装置系统对煤矿的开采进行监测。仅利用这些还是会存在一些问题，因此，煤矿企业需要引入电气自动化控制系统，进一步完善实时监测系统，这样不仅可以监控工作面巷道掘进、支护、煤炭运输等过程及环境状况，还可以协调不同机电设备的工作进度，并对一些问题及时发出报警信号，从而辅助工作人员及时发现并消除安全隐患，使煤矿安全生产，同时工作人员的生命安全也得到一定的保障。

三、煤矿电气自动化控制系统的优化设计

（一）系统设备选型优化

在进行设备选型优化时，需从以下几方面入手：a)明确区域开采规模。只有很好地了解开采规模，才可以进行自动化控制系统规模的设计，选择合适的设备。煤矿电气设备较多时，数据较多，要高效收集和处理数据，就必须选择大型的PLC控制设备。b)确定I/O点类型。不同的煤层对电气自动化控制系统的要求不同。对浅层煤层进行开采时，对自动化控制系统结构等要求不是很严格，并且所涉及的I/O点类型和数量并不会很多；对于深层煤层而言，选择的I/O点类型必须具有高性能，同时统计好I/O点数量，并留下一定的余量，但是也不能太多，否则会造成资源浪费。c)选择合适的工具。电气自动化控制系统的编程工具可分为手持编程器、图形编程器和软件控制编程器。手持编程器比较简单，但自身具有一定的局限性，应用范围比较小，适合在一些小型的PLC上使用；图形编程器直观性较强，采用简洁明了的梯形图，适用于中型设备中；软件控制编程器具有高效性，但是需要投入的成本比较高，通常应用在大型或超大型煤矿中。

（二）系统设计思路优化

明确设计思路，有助于实现电气自动化控制系统的优化。电气自动化控制系统设计主要包括远程监控、集中监控和现场总线监控，每种设计思路都有其优势和局限性。远程监控管理灵活，成本较低，但信息传输量较大以及存在高负荷运转的问题；集中监控的设计和维护都很便捷，但也有一定的局限性，即各类信息都需要中央处理器处理，承受的运算压力较大，容易出现错误，进而影响效率

；现场总线监控相较于前两者，设计的适用范围更加广泛，维护也更加便捷，是电气自动化控制系统的优先选择，为实现智能化奠定了基础。

（三）系统硬件优化

系统的可靠运行与硬件配置息息相关，硬件是系统安全和稳定操作所必需的条件，通常优化硬件的方式有防干扰、输入电路和输出电路设计。系统在运行期间，需要提供85～240V范围内的电压以满足PLC设备电源需求。在实际生产的过程中，煤矿电气自动化控制系统的运行环境比较复杂，有时供电点不稳定，影响整个系统的操作，因此，需要系统具备较强的抗干扰能力，保证煤矿稳定安全运行。防干扰设计主要有3种：a)优化系统中的电磁屏蔽设备，设置金属壳对电磁、静电等信号进行屏蔽；b)优化设计硬件的布线，保证电气硬件线路的稳定，划分相互干扰的线路，并在线路外部安装屏蔽设备，避免线路之间相互干扰；c)落实隔离设计，将隔离功能应用到变压器中，提供正常范围内运行的变压器，减少脉冲的干扰。对于输入电路的设计，可以加装电源滤波器或者隔离变压器等，起到净化的作用，还可以加装一些保险丝，防止出现短路的现象；而对于输出电路的设计，需要了解电气自动化控制系统标志和指示灯，指示灯内部有晶体管，晶体管可以适应电气自动化控制系统的高频率工作状况，需要提高晶体管的抗干扰性，通过优化输出电路使整个电气自动化控制系统稳定运行。

（四）系统软件优化

软件是电气自动化控制系统的核心，因此，需要对软件的结构和程序进行优化。软件的结构优化可以分为两种不同的形式：a)基本程度设计，这个模式是基础模式，绝大多数电气自动化控制系统设计会应用到；b)模块化设计，这个模式使系统具有升级潜力，尤其是大中型煤矿，模块化设计可以使得调整工作快速、有效，从而提高煤矿开采的效率。软件的程序优化主要就是I/O点的优化，需要对整个自动化控制系统进行调查，做好编号工作，使I/O点分配更加精准、有效，扩展系统的功能与性能。根据控制目标，科学合理地划分煤矿电气自动化控制系统和不同模块的任务，全方位掌控设备的工作状态，优化设备运行数据调控，满足编程程序的设计要求，提升电气自动化控制效率，满足现代化煤矿建设设备需求。

参考文献：

［1］王文杰.煤矿电气自动化控制系统的优化设计［J］.能源与节能，2022(5)：135-136.

［2］康缘.煤矿电气自动化控制系统的设计［J］.电子技术与软件工程，2021(7)：97-98.

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