煤矿井下电气设备自动化控制应用与优化.pdf

当代化工研究 Modern Chemical Research94 技术应用与研究 2020 门 煤矿井下 电气设备自动化控制 应用 与优化 *胡桔源 （大同煤矿集团机电管理处 山西037003） 摘耍随着国民经济的持续快速发展，对于能源的需求量与日俱增。我国作为煤炭储量和开采大国，煤炭对于我国的能源安全具有非常 重要的意义，在我国的能源结构中占据彳良高的比例。随着我国工商业的发展，对于煤炭的需求量越来越高，因此提高煤炭的开采效率刻不 容缓。煤炭的井下开采属于高风险作业，其开采效率和产量受到多种因素的共同影响，因此，实现井下电气设备的自动化控制，能够大幅 度的提升煤炭的开采效率，增加矿井产量，降低工人工作的风险.本文结合笔者多年的煤矿井下工作经验，深入浅出的论述了煤矿井下电 气设备自动化控制应用与优化的相关问题。 关键词煤矿；井下电气设备；自动化 中图分类号TD 文献标识码A Applicat ion and Opt imizat ion of Aut omat ic Cont rol of Underground Elect rical Equipment in Coal Mine Hu Juy ua n El ec tr o mec h a n ic a l Ma n a gemen t Of f ic e o f Da to n g Co a l Min e Gr o up, Sh a n xi, 037003 Abstracts With the sustained and rapid development of the national economy, the demand for energy is increasing day by day. As a large coal reserve and mining country, coal is of great significance to Chinas energy security and occupies a high proportion in Chinas energy structure. With the development of industry and commerce in our country, the demandfor coal is getting higher and higher, so it is urgent to improve the mining efficiency of coal. The underground mining of coal is a high-risk operation. Its mining efficiency and output are affected by many factors. Therefore, the automatic control of underground electrical equipment can greatly improve the mining efficiency of coal, increase the mine output and reduce the risks of workers. Based on the authors years of working experience in coal mine, this paper discusses the application and optimization of automatic control of electrical equipment in coal mine. Key words coal mine； ； underground electrical equipment automation 煤炭作为一种古老的能源，为人类的发展做出了不可磨 灭的贡献。近代工业化以来，煤炭又成为了工业生产中不可 或缺的动力来源，被誉为“工业粮食“o我国作为煤炭的储 量大国和开采大国，长期以来对于煤炭有着较高的依赖性， 虽然近年来各类清洁能源得到广泛的发展，但是煤炭在我国 能源结构中的占比仍然长期保持在60以上，在发电、石化 等领域起着决定性的作用，足以可见煤炭对于我国经济发展 的重要性切。改革开放以来，我国经济得到了快速的发展， 对于能源的需求量大增，煤炭的产量和开采成本成为了制约 我国经济发展的一大瓶颈问题。煤炭的开采通常需要进行井 下作业，其作业环境恶劣，容易受到瓦斯、透水等事故的侵 害，对作业人员的人身安全有着极大的威胁。除此之外，传 统的人工井下作业效率低下，单位施加的开采量较低，造成 煤炭生产成本居高不下，产量供不应求。面对这种情况，煤 矿井下自动化生产就成为了一条良好的解决出路。通过对井 下设备的自动化控制，减少下井人工的数量和作业时间，在 保障了工人生命安全的同时，又极大的提高了生产效率，能 够使得煤炭的单位时间产量大幅提升，从而降低煤炭的生产 成本，进而降低能源的工业生产成本，提升我国工业产品的 国际竞争力，促进我国经济更好更快的发展。 1.应用单片机实现煤矿井下电气设备自动化控制 单片机是实现电气设备自动化控制必不可少的部件，为 了实现煤矿井下设备的自动化控制，减少人工井下工作，提 高煤炭开采效率，应当在复杂的井下工作中采用单片机进行 电气设备控制。 根据矿井下的不同工作条件和不同电气设备的用途， 在选择单片机的过程中应当考虑到以下几个方面。第一，以 工作环境考虑单片机的种类的选择。矿井下的工作环境异常 复杂，常常有瓦斯、透水、塌方等诸多危险因素共同存在， 不同工作环境对于电气机械设备的控制要求是不同的，因 此，在选择单片机作为电气设备控制单元时，一定要充分考 虑设备的工作环境，根据不同环境选择具有不同特性的单片 机，这样才能保证设备的自动工作满足生产要求，确保生产 的安全和效率切。第二，注重单片机的密封防水性和漏电保 护性。单片机是一种需要供电的部件， 有可能造成设备损坏，甚至出现漏电、 造成难以估量的损失。井下环境复杂， 温、高湿甚至浸水环境下工作，因此， 一旦受潮或进水不仅 火灾、爆炸等事故， 单片机很有可能在高 对于单片机的放水性 能要格外重视。在使用单片机的过程中，必须对其进行放水 保护，定期检查放水措施的密封性，确保单片机没有水分渗 入。除此之外，应当加装漏电保护装置，当单片机出现异常 情况时能够及时切断电流，防止发生危险。在井下作业中， 通常使用继电器进行断电保护，在检测到单片机电路出现异 常情况时，继电器会发出特定指令，切断电路，停止供电固。 但是，在设计断电保护装置的过程中应当注意到其电流过大 的问题，综合考虑设备用电负荷，优化电流流量。 使用单片机对井下电气设备进行自动化控制，其基本 思路就是充分利用单片机的运算能力，准确检测设备运行状 态，从而达到控制设备自动运行的目的。例如，对于井下风 机的控制就体现了单片机的特点。风机是井下作业必不可少 当代化工研究 Modem Chemical Remearch952020・行 技术应用与研究 的设备之一，由于矿井通常深达千米，通风不畅，有可能存 在瓦斯等危险气体，因此必须通过风机对井下提供通风换 气。对于风机的自动化控制必须依靠对井下环境的监测对风 机运行状态进行实时调整凶。单片机能够通过分析井下的瓦 斯浓度能信息，自动调整风机功率，从而控制风机对井下的 送风量。采用单片机自动控制风机不仅能够减少工作人员的 工作量，而且能够达到更高的控制精度。 图1单片机结构 2.优化井下电气设备的自动化控制 随着科学技术的不断发展，特别是以信息科技为核心的 软硬件系统的发展，为井下电气化设备的自动化控制奠定了 创新发展的基础。应用新的科技成果可以较好的优化设备系 统，和自动化软件和硬件，更加准确和高效的实现井下电气 化设备的自动化控制与应用间。 ⑴优化设备系统 井下采矿工作涉及方方面面的内容，面对井下复杂的环 境和开采效率、成本等方面的要求，井下电气设备必须是成 系统，成体系的，不能各自为战间。这就要求在选择PIC设备 之前应当对整个井下设备系统的整体需求、状态和功能等方 面进行评估，根据系统的实际情况选定PIC设备的规模、性 能等参数。例如，当井下防护系统仅仅要求实现瓦斯浓度的 监测，无需控制其他环境因素时，就可以考虑选择微型PIC 设备，这样一来，在满足系统需求的前提下能够降低企业采 购成本和日常使用功耗，达到功能和成本的平衡。再比如， 对于井下排水控制系统而言，其工作状态受到实时水位高 低，矿井出水量大小和排水效率要求等诸多指标限制，进行 自动控制的计算量较大，实时性要求较高，在这种情况下， 微型PIC设备在计算能力等方面就不能满足要求，必须选择 性能更高，计算能力更强的大型设备才能满足需要巾。 未来，对井下作业更加精细化的管理要求，PIC将会朝 着实时监控井下环境、细化监控颗粒度的方向发展，从而实 现对于复杂的井下环境和各类工作指标的准确监控，及时发 现井下作业的各类问题隐患，确保井下煤炭开采安全高效进 行。除此之外，对于可编程的PIC系统，其程序编制也将从传 统的手工编程向计算机编程发展閃。传统的手工编程工作效 率低，编程质量低，只是用于较少的数据量，无法满足井下 作业精细化控制的要求。而较为先进的计算机编程，能够实 现较高效率的程序编制和程序测试，能够编写复杂程度较高 的PIC控制程序，满足井下设备自动化控制的更高要求。 ⑵优化系统硬件 井下电气设备自动化控制系统通常包括输入部分和输 出部分两大模块，这两大模块分别负责将井下工作和环境的 相关参数输入到控制系统中进行运算并将运算后得到的指令 输出到终端设备中执行。对输入模块进行优化时，最重要的 一点就是对于设备电压的控制。由于井下环境复杂，用电设 备多，用电负荷大，并且各类大型用电器械有可能出现频繁 启停的情况，会严重影响井下电压的稳定性，甚至造成设备 损坏。因此，自动化控制设备优化的首要目标就是增强输入 电压的冗余度，一般将输入电压控制在85V至240V之间，同 时要设计相关的保护和净化措施，当电压波动过大或超过额 定范围较多时能够对设备起到保护作用，避免产生危险。对 于输出部分的优化措施只要集中在指示标准和调试装置的选 择。为了实现指令数据的稳定输出，自动化控制设备的输出 装置通常采用晶体管输出，这种输出方式能够优化电流频 率，屏蔽电流波动影响，抗干扰能力强，能够以较快的速度 响应系统动作，保障自动化系统响应的实时性和敏捷性。对 于输出电路的保护通常采用继电器形式，在满足电路保护作 用的同时简化电路设计。 ⑶优化软件系统 井下设备电气自动化控制离不开对于各种工作内容和环 境影响的处理逻辑，对于这种逻辑处理问题必须依靠软件系 统解决。为了实现软件系统对于复杂工况和环境因素的正确 处理，首先要详细分析设备在工作当中可能遇到的情况以及 需要进行的工作，然后树立这些需求之间的逻辑关系，并进 行软件的开发工作。在完成了软件的开发之后一定要在真实 的工作环境下进行详细的测试，确保软件的逻辑能够满足真 实的工作场景。 3.结语 综上所述，随着科学的发展，虽然越来越多的新型能源 被发现和研究，但是距离真正商用还有很长的距离。在可以预 见的将来，煤炭在我国的能源结构中仍将占据重要的地位，承 担为我国的工商业发展提供能源的任务，乃至承担稳定世界能 源安全的责任。因此对于煤矿开釆以及下游精加工产业链的 发展和优化就仍然不能停止，必须不断的追求高效的煤矿生 产。井下电气自动化控制是提高煤炭生产效率的重要手段，对 于提高煤炭产量，降低单产成本，降低井下生产风险具有重要 意义。广大煤矿工作者在日常工作中应当注重井下电气设备自 动化的创新研究，不断改进自动化控制技术，相信在不远的将 来我国的煤炭井下开采能力必将迈上新的台阶，为我国的能源 安全和世界能源市场的稳定奠定更加坚实的基础。 【参考文献】 [1] [1] 曹以歆.电气自动化技术在煤矿机械设备中的应用与管理 [J].[J].内燃机与配件, 2020 04 2020 04 198-199.198-199. [2] [2] 张林.电气自动化在煤矿生产中的应用初探[J].[J].现代工业 经济和信息化,2019, 2019, 9 08 08 90-9194.90-9194. [3] [3] 张海将.煤矿井下电气设备自动化控制的应用与优化[J],[J], 电子技术与软件工程,2019 15 2019 15 105-106.105-106. [4] [4] 郭鹏飞.煤矿井下电气设备自动化控制应用与优化[J].[J].电 子技术与软件工程，2019 14 2019 14 142-143.142-143. [5] [5] 樊强.煤矿机械电气设备自动化调试技术研究[J].[J].中国石 油和化工标准与质量,2019, 39 14 2019, 39 14 167-168.167-168. [ [6 6 ] ]滕爱军.煤矿井下通信控制类电气设备自动化平台开发设 计[J].[J].自动化应用, 2019 05 2019 05 154-156.154-156. [7] [7] 李经伟.智能化技术在煤矿电气工程自动化中的应用研究 [J].[J].矿业装备，2019 02 2019 02 148-149.148-149. [8] [8] 侯茂森.煤矿机械电气设备自动化调试技术分析[J].[J].能源 与节能,201812 ,201812 116-117.116-117. 【作者简介】 胡桔源1991-1991-, ,男，山西朔州市人，助理工程师，大同煤 矿集团机电管理处；研究方向机械电子工程.