煤礦井下電氣設(shè)備自動化控制應(yīng)用與優(yōu)化

（山西西山晉興能源有限責(zé)任公司 山西 030053）

引言

計算機、網(wǎng)絡(luò)、信息等與自動化控制技術(shù)的緊密融合，促進了煤礦井下電氣設(shè)備自動化水平的有效提升。信息技術(shù)的迅速發(fā)展以及自動化控制技術(shù)的不斷完善，自動化控制技術(shù)在煤礦井下開采作業(yè)中的推廣和應(yīng)用，不但促進了煤礦井下開采效率和質(zhì)量的有效提升，而且確保了煤礦井下開采作業(yè)的安全順利進行。

1.煤礦井下電氣設(shè)備自動化控制的應(yīng)用

(1)在采煤機中的應(yīng)用

采煤機作為煤礦井下開采作業(yè)最重要的電氣設(shè)備之一，采煤機能否安全穩(wěn)定運行是影響煤礦井下開采效率和質(zhì)量的重要因素，所以，煤礦井下開采對采煤機運行效率和安全性提出的要求也相應(yīng)更高。采煤機日常運行的環(huán)境極為惡劣再加上采煤機設(shè)備自身工作系統(tǒng)復(fù)雜程度極高，一旦采煤機在運行過程中發(fā)生故障必然會對煤礦開采的效率和質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及采煤機功能的不斷完善，提高了煤礦井下作業(yè)的效率，但同時煤礦井下開采面臨的安全風(fēng)險也隨之增加。針對這些問題，煤礦企業(yè)必須充分發(fā)揮電氣設(shè)備自動化控制技術(shù)的優(yōu)勢，才能及時的發(fā)現(xiàn)和解決采煤機運行過程中存在的故障隱患，確保采煤機的安全穩(wěn)定運行，促進煤礦開采效率和質(zhì)量的全面提升。

(2)在礦井提升機中的應(yīng)用

礦井提升機是煤礦井下作業(yè)的重要設(shè)備之一，由于礦井提升機大多在惡劣的環(huán)境下繁重的運行，因此煤礦提升機發(fā)生故障的概率也相對更高。隨著電氣設(shè)備自動化控制技術(shù)的應(yīng)用，不僅徹底解決了這一問題，而且融合了電氣設(shè)備自動化控制技術(shù)的煤礦提升機，不僅設(shè)備運行的效率得到了顯著提高，而且節(jié)約了煤礦井下開采作業(yè)的電能消耗量，降低了煤礦企業(yè)的生產(chǎn)成本。

(3)在皮帶輸送機中的應(yīng)用

皮帶輸送機是煤礦井下作業(yè)中常用的電氣設(shè)備之一，由于皮帶輸送機的運行具有電壓高、功率大的特點，一旦皮帶輸送機運行穩(wěn)定性達(dá)不到要求的話，必然會對煤礦井下作業(yè)的安全順利進行產(chǎn)生無法挽回的影響。所以，煤礦企業(yè)必須采取積極有效的措施，排除一切可能影響皮帶輸送機運行安全性與穩(wěn)定性的不利因素，充分發(fā)揮電氣設(shè)備自動化控制技術(shù)的抗干擾功能與實時監(jiān)控功能，工作人員才能及時的發(fā)現(xiàn)和解決影響皮帶輸送機運行效率和安全的問題。

(4)在流體負(fù)荷設(shè)備中的應(yīng)用

流體負(fù)荷設(shè)備作為當(dāng)前煤礦井下作業(yè)中的重要設(shè)備之一，目前，常見的流體負(fù)荷設(shè)備主要有給水給液用泵設(shè)備、風(fēng)機等幾種。電氣設(shè)備自動化控制技術(shù)在流體負(fù)荷設(shè)備中的推廣和應(yīng)用，不僅提高了設(shè)備工藝系統(tǒng)控制的靈活性，確保了流體負(fù)荷設(shè)備的安全穩(wěn)定運行，而且有效的降低了煤礦井下開采作業(yè)的能源消耗量。

(5)對井下環(huán)境的監(jiān)控

由于傳統(tǒng)的井下監(jiān)控作業(yè)主要是工作人員采用手持直讀式檢測設(shè)備進行檢測，所以其應(yīng)用功能相對單一。針對這一問題，如果在二次檢測間隔時間內(nèi)，礦井下瓦斯聚集達(dá)到爆炸程度的話，必然會對煤礦井下開采的安全生產(chǎn)產(chǎn)生無法挽回的影響。反之，如果煤礦企業(yè)在煤礦井下設(shè)置自動化檢測系統(tǒng)的話，工作人員就可以通過連續(xù)檢測環(huán)境參數(shù)的方式，確保煤礦井下開采作業(yè)的安全性，即便是發(fā)現(xiàn)了可能出現(xiàn)的安全隱患，工作人員也可以及時的排除安全隱患，確保井下安全生產(chǎn)不受影響。

2.煤礦井下電氣設(shè)備自動化控制的優(yōu)化

(1)選型的優(yōu)化

目前，市場上應(yīng)用的電氣自動化控制PLC系統(tǒng)種類繁多，且不同種類和品牌在實際應(yīng)用過程中的性能方面也存在很大的差異。所以，煤礦企業(yè)在選擇和使用電氣自動化系統(tǒng)設(shè)備時，應(yīng)該充分考慮以下幾方面的問題。①明確礦井下電氣自動化系統(tǒng)的構(gòu)建模式。煤礦企業(yè)在選擇礦井電氣設(shè)備自動化系統(tǒng)時，必須以礦井開采作業(yè)的實際情況為基礎(chǔ)，在明確系統(tǒng)規(guī)模的基礎(chǔ)上，選擇符合要求的電氣設(shè)備型號。比如，現(xiàn)階段我國煤礦礦井開采作業(yè)中常用的西門子PLC系統(tǒng)，煤礦企業(yè)在監(jiān)測礦井下瓦斯涌出量時，應(yīng)該根據(jù)煤礦企業(yè)生產(chǎn)的實際情況，選擇和使用SIEMENS-S7-200等微型PLC控制系統(tǒng)。在檢測礦井下水文變化數(shù)據(jù)時，工作人員科研通過調(diào)控水泵房設(shè)備運行狀態(tài)的方式，掌握煤礦井下水文變化的數(shù)據(jù)信息。由于煤礦礦井下電氣自動化控制系統(tǒng)的運行環(huán)境復(fù)雜程度較高，所以煤礦企業(yè)應(yīng)該根據(jù)實際情況選擇SIEMENS-S7-300等中型PLC控制系統(tǒng)作為電氣設(shè)備自動化控制系統(tǒng)。②明確I/O點類別。煤礦企業(yè)構(gòu)建電氣自動化控制系統(tǒng)時，應(yīng)該根據(jù)煤礦礦井開采生產(chǎn)過程中系統(tǒng)使用要求和被控制對象的難易程度，確定I/O點類別和數(shù)量，并以此為基礎(chǔ)制定相應(yīng)的設(shè)備使用清單，然后根據(jù)系統(tǒng)控制量，預(yù)留相應(yīng)的軟硬件余量，避免因為出現(xiàn)設(shè)備后期擴容浪費等情況，影響電氣設(shè)備自動化控制系統(tǒng)運行的效果。③編程工具選取。就目前來說，我國煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)在實際應(yīng)用過程中使用的編程工具主要以手持式編程器、圖形編程器、計算機軟件編程器等幾種類型。在這其中手持式編程器只能通過數(shù)量有限的的預(yù)設(shè)語句表完成編程操作，這種編程工具不僅應(yīng)用效率低，而且使用范圍也非常狹窄，只能滿足簡單的微型OLC編程要求。而圖形編程器則主要是運用梯形圖進行編程，這種編程工具因為自身具有的直觀簡潔的特點，被廣泛應(yīng)用于中型PLC的編程。計算機軟件編程雖然是一種最高效、最簡潔的編程方法，但是由于計算機編程受限于軟件開發(fā)難度大、成本高等因素，所以這種編程方法往往被應(yīng)用于礦井大型PLC控制程序的構(gòu)建中。

(2)軟件的優(yōu)化

軟件是電氣自動化控制系統(tǒng)運行的核心，其優(yōu)化程度的高低對于電氣自動化控制系統(tǒng)運行效率的高低有著決定性的影響。一般情況下，煤礦企業(yè)應(yīng)該采取軟件優(yōu)化蓋梁與硬件設(shè)施優(yōu)化同步進行的原則。首先，軟件結(jié)構(gòu)優(yōu)化。煤礦礦井電氣自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計，可以詳細(xì)的分為模塊設(shè)計與基本程序設(shè)計兩種類型。其對于煤礦井下生產(chǎn)來說，電氣自動化控制系統(tǒng)的運行必須嚴(yán)格的按照礦井井下生產(chǎn)情況的調(diào)控為基礎(chǔ)，選擇最佳的模塊化設(shè)計方式，為電氣自動化控制系統(tǒng)功能的拓展提供便利。①按照要求將煤礦井下自動化控制系統(tǒng)劃分為不同的子任務(wù)模塊，然后針對不同模塊進行單獨的編寫和調(diào)試，最后再將各個單獨的模塊整合在一起使其形成一個完整的程序。②根據(jù)煤礦礦井井下生產(chǎn)的實際情況合理的調(diào)整煤礦礦井自動化電氣控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)，確保電氣自動化控制系統(tǒng)始終保持高效穩(wěn)定的運行狀態(tài)。其次，程序設(shè)計過程優(yōu)化。煤礦企業(yè)在進行礦井電氣自動化控制系統(tǒng)程序的優(yōu)化時，必須將I/O節(jié)點的優(yōu)化分配作為首要目標(biāo)，根據(jù)礦井井下生產(chǎn)的實際情況合理的進行I/O節(jié)點井下按需分配，才能在實現(xiàn)集中調(diào)控各個I/O節(jié)點目標(biāo)的同時，為后續(xù)維護作業(yè)的開展奠定堅實的基礎(chǔ)。

(3)硬件的優(yōu)化

硬件架構(gòu)是煤礦礦井電氣設(shè)備自動化控制系統(tǒng)建設(shè)的核心，其結(jié)構(gòu)是否良好直接決定著電氣設(shè)備自動化控制體系運行的安全性與穩(wěn)定性。因此，煤礦企業(yè)必須充分重視電氣設(shè)備自動化控制系統(tǒng)性能的優(yōu)化和改造工作。①優(yōu)化輸入電路。針對電氣設(shè)備自動化控制系統(tǒng)輸入電路的優(yōu)化和改造，煤礦企業(yè)應(yīng)該采用供電電源為80V-240V交流電的PLC作為首要的電氣設(shè)備，確保電氣設(shè)備良好的寬幅適用性。為了提高電路輸入系統(tǒng)的抗干擾性能，確保電氣設(shè)備自動化系統(tǒng)運行的安全性與穩(wěn)定性，煤礦企業(yè)必須通過在輸入電路中增設(shè)電源凈化裝置的方式，徹底屏蔽電路輸入系統(tǒng)中的脈沖干擾信號。②輸出電路優(yōu)化。煤礦企業(yè)在進行電氣設(shè)備自動化系統(tǒng)輸出電路的優(yōu)化工作時，應(yīng)該根據(jù)煤礦礦井生產(chǎn)的實際情況，合理運用晶體管對各種標(biāo)示和調(diào)試設(shè)備進行輸出，才能在滿足設(shè)備高頻動作要求的前提下，增強輸出電路的反應(yīng)效率。比如，煤礦企業(yè)在進行井下水泵機房的電氣自動化控制時，如果PLC控制系統(tǒng)的輸出頻率達(dá)到6min/次時，煤礦企業(yè)應(yīng)該使用繼電器裝置輸出，才能在保證電路結(jié)構(gòu)簡明的基礎(chǔ)上，提高設(shè)備的抗干擾性能。如果PLC系統(tǒng)在攜帶有感性負(fù)載輸出的過程中，一旦發(fā)生斷電情況時就會因為行車?yán)擞侩娏鲗?dǎo)致PLC芯片受損。針對這一情況，工作人員可以采取將其他電路并接續(xù)流二極管的方式，吸收可能產(chǎn)生的浪涌電流，避免電流浪涌對芯片造成的損害。③抗干擾優(yōu)化。實現(xiàn)井下電氣自動化控制系統(tǒng)對外界干擾的有效抵抗也應(yīng)是其日常管理的要點之一。由于井下作業(yè)環(huán)境相對惡劣，電氣自動化系統(tǒng)抗干擾性的提升也勢在必行。

3.結(jié)束語

總之，科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進步，電氣設(shè)備自動化控制技術(shù)在礦井井下開采作業(yè)中的推廣和應(yīng)用，促進了煤礦開采效率和質(zhì)量的全面提升。但是由于當(dāng)前我國的煤礦井下電氣設(shè)備自動化控制系統(tǒng)在實際應(yīng)用過程中仍然存在著很多問題。所以，煤礦企業(yè)必須合理運用科學(xué)技術(shù)手段，積極的進行煤礦井下電氣設(shè)備自動化控制系統(tǒng)的優(yōu)化和完善，才能在促進電氣設(shè)備自動化控制水平穩(wěn)步提升的基礎(chǔ)上，確保煤礦井下開采生產(chǎn)的安全順利進行。