煤礦機械電氣控制系統的設計研究解析

曾永

摘要：隨著煤礦開采技術的不斷提高，對煤礦機械電氣控制系統提出了更高需求。為保障煤礦機械電氣控制系統的有效運行，要進一步提高煤礦機械電氣控制系統的安全性及可靠性。基于此，本文從煤礦機械電氣控制系統設計研究解析入手，深入分析當前機械電氣控制系統，為進一步升級改造提供參考。

關鍵詞：煤礦；電氣控制系統；設計

采煤機械的主要功能是將現代科技運用到礦井中，代替傳統的手工作業。與傳統的手工開采相比，采用煤礦機械具有高效率、高質量、安全可靠的特點。目前，我國煤炭工業使用的采煤機主要是電力驅動采煤機，工作原理是通過電力驅動采煤機在煤層內轉動，將礦井內的煤炭通過相應的運輸工具輸送到地表。電牽引式采煤機采用橫向式電動機，電氣牽引式采煤機以電腦為主，配有顯示屏，可顯示工作狀況及故障探測。電牽引采煤機以多臺電動機為動力，采用框架式的焊接結構，由主機架、破碎裝置、搖臂等組成，采用銷軸連接。電拖式采煤機具有便于拆裝、檢修和維護的特點。

隨著科技水平的提高，煤礦設備在不斷更新，電力控制系統也在不斷更新。目前，煤礦井下采煤機的電力控制系統由電源、電源、遙控接收器、PLC、端子板、主回路、調速系統、主控制系統等構成，主控系統是 PLC，它的主要功能是處理操作臺的運行和控制信號，然后將處理結果傳送給執行器，從而控制采煤機。

一、機械電氣控制系統的作用

（一）高效控制煤礦機械

煤礦機械電氣操作控制系統能高效控制煤礦機械設備。機械電氣控制系統可以有效監控電氣設備的運行狀態，有效降低生產中由于電氣控制系統原因造成的停產。由于煤炭資源儲量豐富，煤礦機械是煤礦生產的重要裝備，因此對電力需求較旺盛。如果在電力系統的運行中采用電氣控制系統，可以提高能源利用率，減少電力成本。

（二）確保機械設備持續安全運轉

隨著煤礦機械電氣設備的不斷增加，為了保障操作人員安全、穩定的操作，要加大對機械機電控制系統的建設力度。從安全角度看，隨著技術的不斷發展，電氣設備對生產和發展起到的作用日益明顯，通過優化電氣控制系統結構，提升電氣控制系統的可靠性和有效性。

（三）改善煤礦機械工作環境

在機械電氣控制系統設計中，充分利用電氣控制系統設計帶來的諸多優勢改善煤礦機械工作環境。當煤礦機械工作環境較為惡劣時，需要進行改造，要考慮環境因素，并有效控制影響。

二、機電設備的設計過程

機電設備在設計過程中，主要包括以下三個環節：第一，確定生產目標及機電設備的規格型號。第二，確定產品方案、設備的安裝位置、結構類型和結構特點。第三，確定輔助設施、設備清單以及設備類別。機電設備設計的過程主要由前期分析機電設備的結構形式及材料性能，為后期的設計工作提供技術支撐。

（一）機電設備的性能分析

在設計機電設備的過程中，首先要分析機電設備的材質和性能，結合自身的使用情況確定機電設備的性能和特點。選用機電設備時，要注意穩定性和使用壽命；在設備選型時，要關注設備使用后的維護問題。其次，設計機電設備，分析設計過程中的內容。最后，根據機電設備在使用過程中的安全隱患和環保要求，從而確保機電設備設計過程中的科學性和可靠性。

（二）機電設備的選型

設備選型的目的是為生產過程提供設備的基本需求，按照特點、功能、性能等方面進行設計。設備選型的目的是保障生產過程中的正常運行。因此，一定要結合自身特點及實際需求，要根據設備自身特性、功能、性能等方面要求進行選擇，并結合機電設備的工作特點，充分考慮設備的運行方式。

（三）機電設備的結構設計

機電設備的結構設計是整個機電設備設計過程中的重要環節，主要體現在以下方面：第一，確定機電設備的結構形式，根據類型和性能進行篩選和選擇。第二，確定機電設備結構尺寸及結構形式。確定設備的基本尺寸和主要參數，還要與機電設備的設計指標進行對比分析。

（四）機電設備的安裝

機電設備安裝工作的主要目的是確保設備正常運行。在安裝過程中涉及的問題較多，主要包括：第一，確定設備的安裝位置。第二，確定機架之間的固定位置和空間位置，例如，機架與巷道間的固定安裝位置以及機架與設備之間的空間位置。第三，安裝施工工藝及技術措施。第四，設備調試及試運行。

三、機械電氣控制系統的具體設計原理

機械電氣控制系統是煤礦機械電氣控制系統的重要組成部分，它包括電動機和電氣控制設備。電動機主要承擔傳動和變速功能，可以為礦井提供源源不斷的動力。同時，電動機還可以通過連接不同電氣設備，實現多臺設備之間的聯動。因此，為了滿足現代化煤礦機械化采煤需求、確保煤礦生產安全，要合理布置不同機械電氣設備。

（一）電動機

電動機的具體布置包括兩個部分：第一，電源布置，為了滿足電動機提供動力的需求，確保其處于較好的工作狀態。第二，工作環境布置，通常指配置工作環境較惡劣地方的用電設備，從而確保設備在使用中更好的工作。電動機一般要采用低噪音標準的產品進行布置，在實際工作中，要盡量采用高效電機，以提高工作效率，保障設備運行穩定。

（二）電氣控制設備

在自動化成都較高的礦井中，電氣控制設備主要由顯示裝置、遠程控制、數據顯示傳輸等系統構成。遠程控制是一種適用于各種控制任務的通用型、高性能、高可靠性的工業自動化系統，主要實現對其他設備的起停、閉鎖等功能，在一定程度上實現智能化和自動化。

（三）人機界面

人機界面是指利用計算機以及通訊網絡技術控制機械電氣控制系統中的各個部件，并以圖形、聲音和動畫等形式展現。通常情況下，人機界面是在主電腦中設計，并以圖形形式顯示。在這種情況下，用戶不僅可以操作和查詢，還可以現場控制設備之間的信息交互，因此可以監控和管理整個控制系統。

（四）改造深度指示器

傳統煤礦開采工作中使用的深度指示器是機械式的，在測量精確度方面的表現還不夠理想，體積和質量較大。隨著計算機信息技術和電子技術的發展，在電氣控制系統中的應用越來越多，利用先進信息技術改造深度指示器后，深度指示器除了具有輸出脈沖信號、采集并校核計算信號等功能外，與PLC系統配合能更好地監控煤礦設備的工作過程。

四、機電設備電氣控制系統的設計方法

機電設備電氣控制系統主要分為主控系統和輔助控制系統兩大類。主控系統包括主控電源、電氣設備控制信號等控制系統相關材料和硬件設備等。輔助控制系統包括主控制系統執行機構、電動機以及電機控制信號等控制設備相關材料和硬件設備等。

（一）機電設備電氣控制系統的主要功能

機電設備電氣控制系統主要包括：對電力設備、控制系統、電氣設備、輔助設備等控制系統進行自動控制；控制設備參數；控制設備運行狀態；檢測電氣設備狀態；合理整合上述功能。

（二）控制系統硬件設備的確定

機電設備電氣控制系統的主要設備有電動機、控制柜、變頻器、電動機等，是電氣控制系統的主要部件，是機電設備電氣控制系統的核心。硬件設備在整個電氣控制系統中是影響工作效果的關鍵因素。通常情況下，可以通過以下幾種方式確定控制系統設備：首先，在了解機電設備控制系統工作原理基礎上，通過與現場具體工作環境的適應性分析確定具體的工作方式。其次，通過對控制系統設備特性的分析，確定具體的工作原理。最后，通過優化設計方案，確定控制系統硬件設備的具體位置和作用形式。除此之外，通過分析系統數據，確定具體參數和控制范圍，從而使控制系統操作更加便捷，為設備的正常運行提供保障。

（三）電氣控制技術應用

在設計初期，需要考慮電氣控制技術應用的問題。首先，在設計控制系統時，根據機電設備電氣參數范圍等多方面因素計算分析，確定機電設備電氣的運行參數和范圍。其次，研究機電設備電氣控制技術應用，將機電設備電氣應用控制技術分為機械控制技術和電氣控制技術。電氣控制技術包括智能機械控制技術、電氣控制技術以及信息處理技術等，結合機電設備電氣控制系統實際情況，在機電系統中合理應用。

（四）膠帶輸送機電氣控制系統

膠帶運輸機的電控制系統由電控裝置、軟啟動裝置、變頻器、調速液力耦合器、CST、液體粘性傳動裝置組成。各部件和設備之間的配合關系將會影響皮帶輸送機電氣控制系統的正常工作，它可以對皮帶輸送機的加速、減速、啟動、停止進行控制。一般膠帶輸送機的加速、減速、啟動、停止的控制標準是0.3m/s，在控制過程中，要認真檢查，以確保膠帶輸送機啟動的最低加速度和啟動條件，并確保電動機的動力均衡。為了保障皮帶輸送機的工作狀況，還應隨時監測上位計算機，了解輸送速度、煤流量、溫度、打滑、電流、堆煤、煙霧以及跑偏情況等，由于計算機可以準確顯示分站位置，更能實現故障的自動報警。為便于監測煤礦，還應把各煤礦的監測系統進行聯網，使數據遠傳，實現遠距離監測的目的。

（五）礦井提升機電氣控制系統

礦井提升機是井下人員和設備與外界交流的重要設備。然而，隨著科技水平的不斷提高，傳統的礦井提升系統已不能適應煤礦生產的需求，而 PLC 技術和計算機技術廣泛運用于礦井提升系統，改善了礦井提升系統的綜合性能，不但能推動礦井提升機的自動化，還能提高安全性。

常規礦井提升機的工作原理是通過減速裝置傳輸電力，在將電力傳輸到卷筒后，將集裝箱放下或升起，而盤式制動器則以水力或電的形式實現，通過傳感器、轉速發生器等組成安全保護裝置。采用計算機技術可以進一步改造煤礦提升機的安全防護體系。煤礦提升機電控制設備的核心部分也會隨之改變，以數字控制為核心，基于PLC的控制系統，動態監測煤礦提升機的狀態，通過數字方式顯示故障，采用DC調速器與大功率變流器進行技術連接，實現全過程的數字化控制。此外，它可以同時安裝兩個獨立的傳感器、測量設備和數據處理系統，以確保緊急情況下的需求。

交流變頻升降機是一種較先進的煤礦升降機，具有調速性能好、低頻運行性能好、電壓利用率高、轉矩脈動小、輸出轉矩大的特點，再加上極佳的故障防護與診斷功能以及科學的薄膜面板設計，提高了綜合性能，也能確保提升過程的安全性，因此在很多地區得到大力推廣和使用。

五、結語

綜上所述，為了滿足我國煤礦企業發展需求，相關人員要重視煤礦機械電氣控制系統和相關理論知識的研究。而在煤礦機械電氣控制系統設計過程中，要重視分析實際生產應用過程中出現的各類問題原因，并在分析基礎上采取相應的措施，確保生產環節順利進行，進而保障煤礦企業產品質量。此外，在實際生產過程中，也要重視對技術改造方面問題的研究。

通過以上分析可知：在煤礦機械電氣控制系統設計過程中，要重視煤礦企業相關人員技術水平的提升，同時通過建立技術團隊以及技術交流等方式加強研發人員與技術人員的聯系，提高煤礦機械電氣控制系統整體設計能力和水平。從長遠看，這種方式還能確保控制系統在安全生產運行過程中始終保持穩定狀態。

煤炭是我國的重要能源，我國是能源消費大國，煤炭與社會和經濟的發展息息相關，因此要確保煤炭工業的可持續發展。另外，煤炭資源是一種自然資源，必須在合理范圍內開發開采，采用先進、合理的開采技術十分必要。

參考文獻：

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