煤礦井下電氣設備自動化控制的應用與優化

文/張海將

煤礦是人們在生產生活中的必需資源，也是一種稀缺資源，所以我國一直都十分重視煤礦行業的發展，以提高煤礦生產效率為第一目標。任何行業的發展都離不開現代科技的支持，煤礦行業自然也不例外。眾所周知，煤礦井下作業是一項高危性工作，在實際作業中，不但要求作業安全，還要求作業效率高，但若想同時保證這兩點并不容易。后來，通過應用先進的煤礦井下電氣設備自動化控制技術，這一難題得到了很好的解決。而若想充分發揮出煤礦井下電氣設備自動化控制技術的優勢，還需要對其進行有效的應用及合理的優化。

1 煤礦井下電氣設備自動化控制的應用

1.1 在采煤機中的應用

采煤機是一種重要的煤礦井下電氣設備，煤礦井下作業離不開該設備，所以對采煤機的運行效率與安全要求非常高。不過，由于采煤機的日常運行環境較為惡劣，且設備本身的工作系統非常復雜，所以經常會出現一些問題；同時，隨著現代科技的高速發展及煤礦井下作業要求的不斷提高，采煤機的功能也在不斷增加，但這同時亦增加了其安全風險。面對這些問題，電氣設備自動化控制技術的應用是解決它們的最有效手段。通過在采煤機中應用電氣設備自動化控制技術，既可以提高采煤機的運行效率，又可以提高采煤機的運行安全性與穩定性。尤其當出現設備故障后，電氣設備自動化控制系統可以及時發出警報并暫停設備運行，從而避免安全事故的發生。

1.2 在礦井提升機中的應用

礦井提升機是在煤礦井下作業中所需的一項重要設備，由于礦井提升機的運行條件比較復雜，需在惡劣和繁重的環境下運作，所以出現故障問題的幾率較高。不過，在有了電氣設備自動化控制技術后，這一問題得以迎刃而解。通過在礦井提升機中應用電氣設備自動化控制技術，可以使之在內部軟件的輔助下更高效率、高質量地作業，同時還能夠有效節約電能消耗，節省煤礦生產成本。

1.3 在皮帶輸送機中的應用

圖1：濾波器的工作原理示意圖

在煤礦井下作業中通常需要運用到皮帶輸送機，皮帶輸送機的運行特點是電壓高、功率大，如果皮帶輸送機不能穩定運行的話，那么將會對煤礦井下作業造成十分不利的影響。皮帶輸送機在運行過程中必須要免除一切干擾，且保障運行效率與運行安全，而電氣設備自動化控制技術正提供了良好的抗干擾功能，同時還能夠對設備運行狀態實現實時監控，以便于工作人員及時發現影響運行效率與運行安全的問題

1.4 在流體負荷設備中的應用

流體負荷設備也是在煤礦井下作業中的一類重要設備，常見的流體負荷設備有給水給液用泵設備、風機等。將電氣設備自動化控制技術應用到流體負荷設備中，可以使設備的工藝系統控制變得更加靈活。以抽水泵為例，通過應用電氣設備自動化控制技術，可以對抽水泵的平滑起停和加減速進行更加靈活的控制，從而既提高其運行效率，又保障其運行安全，以及還能夠降低其運行能耗。

2 煤礦井下電氣設備自動化控制的優化

2.1 硬件系統的優化

2.1.1 優化輸入電路

若想優化輸入電路，首先要考慮當系統在正常運行狀態下的可編程邏輯控制器供電電源所對應的電壓。一般情況下，煤礦井下電氣設備自動化控制系統的可編程邏輯控制器端供電電壓約在85V-240V范圍內，但從系統的實際運行角度上來看，由于煤礦井下作業環境及現場管理復雜，同時干擾因素較多，所以為了保障電路的穩定性，往往需要在供電線路上安裝相應的電源凈化設備，如濾波器。在具體的硬件系統優化設計中，應使可編程邏輯控制器的輸入電源與電壓保持為24V的直流電；還要不斷完善周邊電路的配置結構，避免短路等問題；另外為避免發生過載或短路等問題，還應保證所采用的保險絲質量與性能合格。濾波器的工作原理如圖1所示。

2.1.2 優化輸出電路

在對輸出電路進行優化之時，應當要充分考慮到煤礦井下作業的實際情況與需求。一般情況下，煤礦井下電氣設備都需要依賴于晶體管才能夠高效地完成指示、標志、調速等輸出工作，晶體管的應用既適應于煤礦井下電氣設備自動化控制的高頻性動作，又有著符合要求的響應速度。在具體的輸出電路優化設計中，一者應當要避免浪涌電流，二者應當要防止芯片損壞。一般可以將二極管直接在輸出電路盤上進行續接，從而使系統產生的浪涌電流及時被吸收，有效發揮出對系統芯片的保護作用。當煤礦井下電氣設備自動化控制系統的輸出頻率在7-10次/min范圍內時，也可使用中間或者固態繼電器進行輸出，從而提高系統的抗干擾能力和帶負載能力。

2.1.3 優化抗干擾能力

研究發現，對煤礦井下電氣設備自動化控制系統干擾最大的因素主要是電磁脈沖，所以在優化抗干擾能力之時，應當重點防止電磁脈沖對系統芯片的干擾。具體來說，首先可以應用隔離變壓器裝置，并優選1：1超隔離變壓器，因為它可以有效控制相關干擾因素；其次可以應用金屬外殼，即將可編程邏輯控制器設置在金屬工作柜上，以用于屏蔽電磁；再者還可以通過對系統的布線方案進行優化改造來加強抗干擾能力，如將強電動力線和弱電信號線兩線進行分開布設。

2.2 軟件系統的優化

2.2.1 優化程序結構

優化程序結構是優化煤礦井下電氣設備自動化控制軟件系統的重要一點。常見的程序結構形式有兩種：基本程序結構、模塊化結構。在實際優化設計中，應當充分結合煤礦井下作業的實際需求對程序結構進行合理選擇。具體來說，首先應根據煤礦井下作業現場的實際情況來對控制目標進行模塊劃分，保證每個模塊下都有詳細的子任務；其次要對各個子模塊的任務一一進行編寫和調試，并將之拼裝為一個完整的軟件程序。

2.2.2 優化程序過程

在煤礦井下電氣設備自動化控制軟件系統的程序過程的優化設計中，首先要結合煤礦井下作業的實際情況合理優化Ι/Ο接口的分配情況；其次要集中編制煤礦井下電氣設備自動化控制系統中的計數器和定時器等；再者還要優化可編程邏輯控制器的程序設計，盡量簡化其邏輯結構、減少其內存占用量，以提高系統的運行效率。

3 結語

綜上所述，在煤礦井下作業中，離不開對各種高新技術的應用，煤礦井下電氣設備自動化控制技術就是其中之一。通過應用煤礦井下電氣設備自動化控制技術，既能夠有效提高作業效率，又能夠有效保障作業安全，所以現代煤礦行業的發展離不開該技術。煤礦井下電氣設備自動化控制技術的應用體現在煤礦井下作業的方方面面，但良好應用它的前提是對系統進行不斷優化，這樣才能夠充分發揮出其優勢。