劉小帆

摘 要：2016年，煤炭占據(jù)我國能源使用量的62%，為適應(yīng)大規(guī)模的煤炭開采，必須通過一定措施有效提高大中小煤礦的開采效率和開采質(zhì)量，其中的措施有煤礦電氣自動化、安全防護措施等。本文依據(jù)我國煤炭行業(yè)開采現(xiàn)狀，從多方面分析了煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)的工作，提出了優(yōu)化設(shè)備系統(tǒng)、創(chuàng)新優(yōu)化系統(tǒng)軟件、創(chuàng)新優(yōu)化系統(tǒng)硬件三點優(yōu)化措施。

關(guān)鍵詞：煤礦;電氣自動化控制系統(tǒng);優(yōu)化

前言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，能源使用量的不斷攀升，能源轉(zhuǎn)型從木柴生物質(zhì)到煤炭、從煤炭到石油再到天然氣，世界能源結(jié)構(gòu)中化石能源還是主體，占比高達83%（煤炭28%、石油31%、天然氣24%），在中國化石能源的比例為86%（煤炭62%、石油18%、天然氣6%），由此可見煤炭依舊占據(jù)重要地位。電氣自動化控制作為煤炭開采的關(guān)鍵技術(shù)之一具有關(guān)鍵作用，其替代手工作業(yè)提升了煤礦開采的生產(chǎn)效率，從側(cè)面也保障了工作人員的安全，促進了現(xiàn)代煤礦工業(yè)的進步。隨著開采規(guī)模的擴大，煤礦工業(yè)化過程中對于生產(chǎn)技術(shù)、生產(chǎn)裝置的高效率性以及安全性的需求與日俱增。在工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中，多項指標(biāo)均可通過自動化技術(shù)實現(xiàn)，節(jié)省了大量的人力和物力，但是煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)受多種因素干擾，工作環(huán)境較惡劣，應(yīng)根據(jù)具體的工作環(huán)境展開電氣自動化控制系統(tǒng)的優(yōu)化研究。

1.電氣自動化控制系統(tǒng)在現(xiàn)代煤礦技術(shù)中的應(yīng)用

2016年，我國GDP增速為6.7%，煤炭消費量占能源消費總量的62.0%，下降2.0個百分點，全年消費43.6億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，增長1.4%。在煤礦開采的過程中，由于位于地下，工作環(huán)境較復(fù)雜，安全性顯得尤為重要，加大了開采的難度。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展和電氣自動化控制系統(tǒng)的應(yīng)用，相比機械手工開采提升了開采效率，保障了工人的安全，對于煤礦開采具有重要影響。電氣自動化控制系統(tǒng)不僅降低了開采的難度，也降低了企業(yè)的成本，企業(yè)將投入更多精力到科研和安全保障上面，提升開采效率，降低百萬噸死亡率，提升企業(yè)效益。單片機是電氣自動化控制系統(tǒng)的核心，單片機是計算機微型化的成果，在不同環(huán)境中，根據(jù)不同的選擇原則和方式選擇不同的單片機。在礦井初期進行設(shè)計時，設(shè)計人員應(yīng)充分勘探生產(chǎn)環(huán)境，考慮各種可能存在的影響因素，對環(huán)境進行嚴密的考察和勘測，這是單片機在礦井正常工作的基礎(chǔ)和前提。在使用單片機時，應(yīng)注意防水和防漏電等安全事項，以防工作人員誤傷。目前中國大多數(shù)礦井生產(chǎn)中，應(yīng)用較多的是PLC單片機，這種型號的單片機尤其要注意防水和防漏電，以保證其正常使用。在神華中煤等大型煤礦中，現(xiàn)代化煤礦技術(shù)中應(yīng)用單片機的主要目的是為了實時保護系統(tǒng)設(shè)備，其工作原理是將檢測到的電信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，然后通過各種手段將其進行放大，然后轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)，最后對信息進行收集和整理分析。

2.煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)的優(yōu)化措施

2.1優(yōu)化設(shè)備系統(tǒng)

為實現(xiàn)電氣自動化控制的最大效率，首先要做的是對整個系統(tǒng)的功能和狀態(tài)進行完整的測評，然后選取合適的PLC設(shè)備。當(dāng)煤礦只是想運用設(shè)備對礦井瓦斯?jié)舛冗M行控制時，選取微型設(shè)備即可滿足。當(dāng)煤礦想要根據(jù)礦井中不同高低的水位選擇水泵的工作狀態(tài)時，這時對 PLC設(shè)備的要求就不局限于微型設(shè)備了?，F(xiàn)代化的礦井設(shè)計中，企業(yè)為了更有效獲取井下工作狀態(tài)和實時數(shù)據(jù)，進行高效的決策，對PLC設(shè)備的選擇較苛刻，需要在PLC設(shè)計時即滿足對礦井的全方位實時監(jiān)控，甚至滿足更高的要求。另外在選擇編程程序時也存在一定的要求，目前常用的三種編程程序包括：手控編程程序、PLC編程程序、計算機編程程序，三者的特點各不相同。手控編程程序效率較低，編程質(zhì)量不高，在數(shù)據(jù)較少時使用，在實際礦井應(yīng)用中并不常見，是一種基礎(chǔ)程序。PLC系統(tǒng)編制程序應(yīng)用的范圍較窄，一般應(yīng)用于大型礦井。在實際情況中，PLC編程系統(tǒng)與計算機編程系統(tǒng)相結(jié)合應(yīng)用更高效，場景也更多，但是缺點也很顯著，前期投入成本高，程序較為復(fù)雜，現(xiàn)場調(diào)試不方便。故在礦井應(yīng)用電氣自動化控制系統(tǒng)時，應(yīng)根據(jù)自身情況對編程程序進行選擇和優(yōu)化。

2. 2創(chuàng)新優(yōu)化系統(tǒng)軟件

提高礦井工作效率和工作質(zhì)量的途徑之一是對系統(tǒng)軟件的優(yōu)化創(chuàng)新，為實現(xiàn)這一目標(biāo)，首先要將內(nèi)部軟件進行組合裝配，轉(zhuǎn)化成查看直觀的圖表，以實現(xiàn)對系統(tǒng)內(nèi)部軟件的處理，這一步驟是PLC系統(tǒng)應(yīng)用過程中的關(guān)鍵一步，也是其難點。在實際應(yīng)用中，應(yīng)先判斷礦井生產(chǎn)規(guī)模和環(huán)境，使優(yōu)化的系統(tǒng)能夠符合實際工作，從而提升工作質(zhì)量和效率。

2.3創(chuàng)新優(yōu)化系統(tǒng)硬件

系統(tǒng)硬件分為輸入設(shè)備和輸出設(shè)備兩個部分。在對輸入設(shè)備進行優(yōu)化時，考慮到安全性，應(yīng)首先考慮PLC設(shè)備的供電電壓。在正常情況下，PLC設(shè)備的供電電壓區(qū)間位于85 V～240 V之間，但是考慮到實際工作面的復(fù)雜情況，應(yīng)該在初始安裝電源的過程中就對電源實施一些凈化措施，創(chuàng)造一個良好的工作環(huán)境，排解外部環(huán)境可能造成的危害因素，保證工作的穩(wěn)定性。一般采用變壓器和濾波器兩種設(shè)備對電路進行優(yōu)化設(shè)計，根據(jù)工作面情況組合應(yīng)用兩種設(shè)備，基本上可以實現(xiàn)對電壓的有效控制。在對輸出設(shè)備進行優(yōu)化時，主要考慮對指示標(biāo)準(zhǔn)及調(diào)試裝置的選擇，一般采用的輸出方式是晶體管輸出，其特點是可以優(yōu)化電流頻率，適應(yīng)于高頻動作，響應(yīng)時間短，確保系統(tǒng)的反應(yīng)速度。對輸出電路采用繼電保護的方式可以簡化電路。

3.小結(jié)

在未來幾十年內(nèi)，煤炭仍會是我國經(jīng)濟發(fā)展和人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活所需要的重要能源，煤礦開采技術(shù)的進步依舊非常關(guān)鍵，在煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)的實踐應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)實踐經(jīng)驗對系統(tǒng)內(nèi)部和系統(tǒng)外部的元器件和工作原理進行不斷的創(chuàng)新和改進，只有這樣才能保證煤礦開采技術(shù)的進步。在系統(tǒng)內(nèi)部應(yīng)用PLC電器自動化控制時，系統(tǒng)的運算和編程效率得到提高，同時煤炭行業(yè)的發(fā)展也在前進。因此，我們要對系統(tǒng)軟件和系統(tǒng)硬件進行優(yōu)化，確保輸出電路和輸入電路的穩(wěn)定運行，將各系統(tǒng)的供電電壓控制在合理范圍內(nèi)，推動煤炭行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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