煤礦電氣自動化控制系統的優化研究

劉小帆

摘 要：2016年，煤炭占據我國能源使用量的62%，為適應大規模的煤炭開采，必須通過一定措施有效提高大中小煤礦的開采效率和開采質量，其中的措施有煤礦電氣自動化、安全防護措施等。本文依據我國煤炭行業開采現狀，從多方面分析了煤礦電氣自動化控制系統的工作，提出了優化設備系統、創新優化系統軟件、創新優化系統硬件三點優化措施。

關鍵詞：煤礦;電氣自動化控制系統;優化

前言

隨著經濟的發展，能源使用量的不斷攀升，能源轉型從木柴生物質到煤炭、從煤炭到石油再到天然氣，世界能源結構中化石能源還是主體，占比高達83%（煤炭28%、石油31%、天然氣24%），在中國化石能源的比例為86%（煤炭62%、石油18%、天然氣6%），由此可見煤炭依舊占據重要地位。電氣自動化控制作為煤炭開采的關鍵技術之一具有關鍵作用，其替代手工作業提升了煤礦開采的生產效率，從側面也保障了工作人員的安全，促進了現代煤礦工業的進步。隨著開采規模的擴大，煤礦工業化過程中對于生產技術、生產裝置的高效率性以及安全性的需求與日俱增。在工業生產系統中，多項指標均可通過自動化技術實現，節省了大量的人力和物力，但是煤礦電氣自動化控制系統受多種因素干擾，工作環境較惡劣，應根據具體的工作環境展開電氣自動化控制系統的優化研究。

1.電氣自動化控制系統在現代煤礦技術中的應用

2016年，我國GDP增速為6.7%，煤炭消費量占能源消費總量的62.0%，下降2.0個百分點，全年消費43.6億噸標準煤，增長1.4%。在煤礦開采的過程中，由于位于地下，工作環境較復雜，安全性顯得尤為重要，加大了開采的難度。隨著計算機技術的發展和電氣自動化控制系統的應用，相比機械手工開采提升了開采效率，保障了工人的安全，對于煤礦開采具有重要影響。電氣自動化控制系統不僅降低了開采的難度，也降低了企業的成本，企業將投入更多精力到科研和安全保障上面，提升開采效率，降低百萬噸死亡率，提升企業效益。單片機是電氣自動化控制系統的核心，單片機是計算機微型化的成果，在不同環境中，根據不同的選擇原則和方式選擇不同的單片機。在礦井初期進行設計時，設計人員應充分勘探生產環境，考慮各種可能存在的影響因素，對環境進行嚴密的考察和勘測，這是單片機在礦井正常工作的基礎和前提。在使用單片機時，應注意防水和防漏電等安全事項，以防工作人員誤傷。目前中國大多數礦井生產中，應用較多的是PLC單片機，這種型號的單片機尤其要注意防水和防漏電，以保證其正常使用。在神華中煤等大型煤礦中，現代化煤礦技術中應用單片機的主要目的是為了實時保護系統設備，其工作原理是將檢測到的電信號轉換為電壓信號，然后通過各種手段將其進行放大，然后轉換成數據，最后對信息進行收集和整理分析。

2.煤礦電氣自動化控制系統的優化措施

2.1優化設備系統

為實現電氣自動化控制的最大效率，首先要做的是對整個系統的功能和狀態進行完整的測評，然后選取合適的PLC設備。當煤礦只是想運用設備對礦井瓦斯濃度進行控制時，選取微型設備即可滿足。當煤礦想要根據礦井中不同高低的水位選擇水泵的工作狀態時，這時對 PLC設備的要求就不局限于微型設備了。現代化的礦井設計中，企業為了更有效獲取井下工作狀態和實時數據，進行高效的決策，對PLC設備的選擇較苛刻，需要在PLC設計時即滿足對礦井的全方位實時監控，甚至滿足更高的要求。另外在選擇編程程序時也存在一定的要求，目前常用的三種編程程序包括：手控編程程序、PLC編程程序、計算機編程程序，三者的特點各不相同。手控編程程序效率較低，編程質量不高，在數據較少時使用，在實際礦井應用中并不常見，是一種基礎程序。PLC系統編制程序應用的范圍較窄，一般應用于大型礦井。在實際情況中，PLC編程系統與計算機編程系統相結合應用更高效，場景也更多，但是缺點也很顯著，前期投入成本高，程序較為復雜，現場調試不方便。故在礦井應用電氣自動化控制系統時，應根據自身情況對編程程序進行選擇和優化。

2. 2創新優化系統軟件

提高礦井工作效率和工作質量的途徑之一是對系統軟件的優化創新，為實現這一目標，首先要將內部軟件進行組合裝配，轉化成查看直觀的圖表，以實現對系統內部軟件的處理，這一步驟是PLC系統應用過程中的關鍵一步，也是其難點。在實際應用中，應先判斷礦井生產規模和環境，使優化的系統能夠符合實際工作，從而提升工作質量和效率。

2.3創新優化系統硬件

系統硬件分為輸入設備和輸出設備兩個部分。在對輸入設備進行優化時，考慮到安全性，應首先考慮PLC設備的供電電壓。在正常情況下，PLC設備的供電電壓區間位于85 V～240 V之間，但是考慮到實際工作面的復雜情況，應該在初始安裝電源的過程中就對電源實施一些凈化措施，創造一個良好的工作環境，排解外部環境可能造成的危害因素，保證工作的穩定性。一般采用變壓器和濾波器兩種設備對電路進行優化設計，根據工作面情況組合應用兩種設備，基本上可以實現對電壓的有效控制。在對輸出設備進行優化時，主要考慮對指示標準及調試裝置的選擇，一般采用的輸出方式是晶體管輸出，其特點是可以優化電流頻率，適應于高頻動作，響應時間短，確保系統的反應速度。對輸出電路采用繼電保護的方式可以簡化電路。

3.小結

在未來幾十年內，煤炭仍會是我國經濟發展和人們日常生產生活所需要的重要能源，煤礦開采技術的進步依舊非常關鍵，在煤礦電氣自動化控制系統的實踐應用中，應根據實踐經驗對系統內部和系統外部的元器件和工作原理進行不斷的創新和改進，只有這樣才能保證煤礦開采技術的進步。在系統內部應用PLC電器自動化控制時，系統的運算和編程效率得到提高，同時煤炭行業的發展也在前進。因此，我們要對系統軟件和系統硬件進行優化，確保輸出電路和輸入電路的穩定運行，將各系統的供電電壓控制在合理范圍內，推動煤炭行業的可持續發展。

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