軟啟動技術下的煤礦電氣控制系統設計

馬麗茹

（長治職業技術學院，山西 長治 046000）

軟啟動技術憑借自身高準確性、強靈活性等特征,被廣泛應用于煤礦電氣控制系統設計中，不僅有效優化了煤礦生產工序，提高生產效率，還提高了煤礦企業的社會效益和經濟效益，為進一步提升生產力和市場核心競爭力提供重要的技術支持。因此，在軟啟動技術的應用背景下，如何科學設計煤礦電氣控制系統是技術人員必須思考和解決的問題。

1 軟啟動概述

1.1 軟啟動器工作原理

軟啟動器主要由三對晶閘管組成。利用晶閘管可將電源與被動電動機進行有效串聯，使兩者建立起有效聯系。軟啟動器工作原理為：通過采用控制觸發脈沖的方式，科學調節觸發角度，從而獲得比較合理、科學的端電壓，起到調速電動機的作用。隨著電動機運行時間的不斷延長，晶閘管的導通性能和輸出電壓值會呈現不斷增加的趨勢，為實現軟啟動器的平穩啟動打下堅實基礎。

1.2 軟啟動選擇

為提高煤礦企業的生產力和市場核心競爭力，保證煤礦生產的穩定性、可靠性和安全性，在設計煤礦電氣控制系統前，要從以下方面入手，做好對軟啟動器的科學選用。（1）選生產廠家。在該環節要優先選擇較正規且信譽良好的生產廠家，以保障質量，從而避免因軟啟動器質量不達標影響后期煤礦電氣控制系統的設計效果。（2）選型。在綜合考慮負載實際需求的基礎上，將離心泵設置為煤礦電氣控制系統的主要負載設備，同時確保所選用的軟啟動器具有強大的帶泵控制功能。此外，為提高煤礦電氣控制系統的穩定性和可靠性，系統內部還需安裝兩種保護裝置：欠載保護裝置以及防相位顛倒保護裝置。（3）選規格。為保證軟啟動器選擇的科學性和合理性，需綜合考慮標準功率、負載性質以及電流大小等規格參數。技術人員在選擇軟啟動器時只有做到以上幾點，才能選出合適的軟啟動器，為后期煤礦電氣控制系統的設計提供有力的保障。

2 系統總體設計

2.1 系統總體設計思路

在軟啟動技術的應用背景下，為進一步提高煤礦電氣控制系統的設計效率和效果，技術人員要針對礦井自動化控制需求，加強對項目的實時管控[1]。該項目主要包含以下子系統：調度監控中心系統、礦井工業電視系統、自動化監控網絡系統和地面供配電自動化監控系統。這些子系統作為整個系統的核心部分，其設計水平直接影響系統的運行性能，因此必須重視其設計。

2.2 煤礦供配電系統設計

煤礦供配電系統是煤礦電氣控制系統的主要子系統，在具體設計中，首先要將礦井變電站位置集中在主工業區場地，同時將變電站總容量設置為63 000kV·A。其次，根據電壓等級，針對變電站使用需求，科學設計進出線路，保證變電站供電的穩定性和可靠性[2]。此外，重視對井下高壓配電系統的科學應用，以滿足礦井的安全生產需求。現以礦井工作面為研究對象，采用供電計算的方式，從以下方面入手實現對供電系統的優化設計，為進一步提高供電系統的運行性能打下堅實基礎。（1）在綜合考慮大采工作面總長度的基礎上，實現對供電設備的科學布局和設計，向大采工作面提供電源，確保工作面能夠可靠、穩定、安全運行[3]。（2）技術人員按照表1 所示的主要負荷核算設備參數，對采煤機、破碎機以及輸送機的負荷進行科學計算。

表1 主要負荷核算及設備參數

在設計中盡可能降低電式軟啟動器的操作次數，采用科學布設電纜線的方式，減少電纜線的使用量，以達到節能降耗的目的[4]。此外，在對工作面配電軟啟動器進行設計的過程中，要將該軟啟動器設置在配電點附近，確保供配電系統運行性能。LoRa 屬于遠距離無線電，主要由Semtech公司創建和研發，具有低功耗、傳播距離遠等特點。利用LoRa 不僅可突破傳統傳輸距離與功耗計算方式的局限性，還能為用戶提供一個電池壽命長、存儲容量大的遠距離通訊系統，為進一步拓展傳感網絡，解決無線傳輸效率低問題發揮重要作用。變電所配置設計示意如圖1 所示。

圖1 變電所配置設計示意

3 系統功能設計

技術人員要嚴格按照圖2 所示的系統核心功能設計示意圖，完成對自動化監控網絡功能、井下供排水自動化功能、KTC101 集控功能的科學設計，為用戶帶來良好的使用體驗。

圖2 基于軟啟動煤礦電氣控制系統功能設計示意

3.1 自動化監控網絡功能設計

自動化監控網絡功能設計主要是借助以太網，將信號以及工業控制相關機械設備運行情況安全、可靠地傳輸到調度監控中心。該功能主要包含以下四個子功能：傳輸網絡、自動化監控中心、調度指揮中心以及工業電視系統[5]。網絡傳輸是指通過加強對所有網絡信息傳輸模塊的科學設計，確保相關信號能夠高效、安全傳輸。自動化監控中心是指通過傳輸網絡，將系統內部所有子程序有效結合，使其成為統一整體，同時，向自動化控制中心傳輸系統所接收到的信息數據，由自動化控制中心向操作人員發送相關操作指令，便于操作人員執行。另外，在設計操作室時，為進一步提高系統運行性能，需將供配電系統、運輸系統、供水系統以及地面通風系統等多種自動化監控系統進行充分結合[6]。自動化監控網絡功能在具體運用中，需對網絡設備室進行科學設計，同時采用整合信息數據的方式，不斷提高網絡監控的智能性、針對性和有效性。為此，需要在所有投影單元中完成對數字輸入端口的科學設計，同時采用以太網連接的方式，實現對RGB 信號的科學模擬處理，為設計和開發強大的視頻數據壓縮功能、自動化控制功能創造良好條件。自動化監控網絡功能是煤礦電氣控制系統的核心功能，其設計水平直接影響系統的運行性能，因此必須重視這一核心功能的科學設計，提升用戶的使用體驗。

3.2 井下供排水自動化功能設計

技術人員在設計時須重視對井下排水問題的解決[7]。首先要利用中央水泵房實現對系統的智能化控制和管理，同時將系統劃分為兩個子系統：井下排水自動化監控系統以及井下恒壓供水自動化系統。通過采用集中控制的方式，對兩個系統進行統一管理，以滿足煤礦生產供排水需求[8]。同時為實現對井下生產的自動化、智能化控制，要全面改造和設計井下泵房、排水管路的監控功能。通過采用總體監控的方式，實現對煤礦的智能化監控，從而降低煤礦企業的人力成本。在對泵房進行控制時，無須專人看管，僅通過智能化監控方式，就能實時了解和掌握相關設備的實際運行狀況。在該過程中，技術人員需借助邏輯控制器，將控制主站設置在中央水泵房內[9]。控制主站運行方式包含以下三種類型：手動運行方式、自動化控制方式和遠程控制方式。操作人員根據實際情況從中選擇比較合適的運行方式，對控制主站進行控制和管理。例如，在使用遠程控制方式的過程中，操作人員無須到水泵現場進行看管，僅利用微機就可實現對相關設備運行狀態的智能化控制和管理，為日常工作帶來極大的便利。在使用自動化控制方式的過程中，相關設備會針對地下水位的實際變化情況，自動進行開泵處理或者停泵處理[10]。此外，還要為所有的控制分站配置相應的報警系統和顯示屏幕，便于操作人員實時查看設備運行狀況，確保系統自動預警事故，提高生產的穩定性、可靠性和安全性。最后，要將電動控制閥安裝在所有的水泵房中，為提高系統的自動化、智能化控制水平產生積極影響。

3.3 KTC101 集控功能設計

KTC101 集控功能設計需充分結合煤礦的實際生產情況，實現對功能的科學設計。KTC101 集控功能主要用到了兩臺控制主機，其中一臺用于對煤礦生產區域相關工作面的實時監控,另一臺負責對變頻主機的實時監控。同時，技術人員要重視工作面控制系統的全面改造和升級，在改造和升級的過程中要盡可能保留和繼承比較成熟、先進的集控方式，實現對變頻一體機的自動化控制和管理，為實時監控一體機的運行狀況提供保障。

4 結語

綜上所述，隨著我國信息技術的不斷發展，煤礦電氣控制系統不斷涌現并被廣泛應用于煤礦生產和管理領域中，為促進煤礦企業管理向智能化、信息化、高效化方向發展提供重要的平臺支持。該系統在設計中充分利用了軟啟動技術，促使傳統的電動機向電子式軟啟動器轉變和升級，為提高煤礦智能化控制水平提供了有力的保障。此外，為了充分發揮和利用軟啟動技術的應用優勢，設計和研發了一款符合煤礦企業使用需求的煤礦電氣控制系統。

技術人員要樹立與時俱進的觀念，不斷學習與軟啟動相關的新知識和新技術，提高自身的專業能力和設計水平，確保軟啟動技術與煤礦電氣控制系統設計充分融合。這樣不僅有利于保證系統運行的穩定性和可靠性，還能提高煤礦生產的安全性和效率，并為促進煤礦企業的健康、可持續發展，提高煤礦企業的社會效益和經濟效益提供重要的平臺支持。