煤礦井下綜采工作面機電設備集中控制系統的設計

張 斐

（山西陽泉煤業(yè)集團有限責任公司五礦， 山西 陽泉 045209）

引言

由于我國煤礦井下開采事故頻發(fā)，造成重大人員傷亡的同時也暴露了我國礦井工作中存在的問題。據調查發(fā)現，我國每年由于煤礦開采技術不完善發(fā)生安全事故的概率占全國安全事故的10%。由此可以看出，對煤礦井下綜采工作進行完善是改變這一現狀的主要手段。目前，由于科學技術的迅速發(fā)展，煤礦井下綜采技術已經實現了自動化，減少了人力資源的浪費，但是，由于我國煤礦井下綜采工作設備在應用的過程中仍然存在一定的問題，導致機電設備的使用效率始終無法提高。

1 綜采機電設備集中控制系統設計的重要性

煤礦井下綜采系統已經基本實現了自動化，主要機電設備包括移動變電站、智能開關、電磁啟動器以及隔爆開關等。在應用的過程中，由于涉及的機電設備較多，僅僅是通過人為進行控制以及監(jiān)管很難全方面進行管理，進而影響了設備整體的運行質量。由此可以看出，為了進一步提高煤礦井下綜采機電設備的運行質量，要利用先進的手段對其進行管理，而集中控制系統的應用有效解決了這一問題。集中控制系統的主要內容就是對電機設備進行統一管理、統一調度、統一監(jiān)管以及統一控制，保證了煤礦開采安全的同時，也推動了煤礦井下綜采機電設備集中控制系統的發(fā)展。另外，在集中控制系統中，除了要對機電設備進行統一監(jiān)管控制之外，還要注意對設備進行遠程監(jiān)控，真正實現集中管理。

2 綜采機電設備集中控制系統的設計

2.1 綜采機電設備集中控制系統的整體設計

目前，大多數機電設備中的開關都是由智能型組合開關構成的，其中應用最廣泛的是1140型智能開關，這種開關能夠對開采機、輸送機以及轉載機進行有效的控制。智能開關的額定電壓為3 300 V，額定電流為600 A，最大負荷能力為1 200 A。其中的電流互感器額定電壓為5 000 V，額定電流為1 A，二次電流為0.5 A。但是，這種智能開關并不能進行通訊，也不能和總系統進行連接，所以要想確保系統的正常運行，就要設計一個專門的監(jiān)控系統，其中在機電設備集中控制系統中最常見的監(jiān)控技術就是Modbus監(jiān)控技術，為了使其作用充分發(fā)揮出來，系統中的單片機必須能夠與遠程監(jiān)控系統兼容。也就是說，該監(jiān)控系統在運行的過程中，不僅要對系統中的各個設備進行控制、管理和保護，還要將設備運行現狀信息及時傳達給總指揮中心，并且對于總指揮中心下達的命令給予執(zhí)行，例如，強制多線圈以及編寫多個寄存命令等。

另外，在對集中控制系統進行總體設計的過程中，硬件的設計也是其重要的組成部分之一，控制系統的硬件設備主要包括控制箱、接收器、顯示箱、以及傳感器等。其中，對以上設備進行連接能夠組成多種運行方式，包括獨立控制系統、多回路控制系統、單機控制系統以及雙機控制系統四種[1]。這四種運行方式都具有運行性能穩(wěn)定、可靠性高以及操作簡單等特點，所以被廣泛應用在實際生活中。

2.2 控制箱主回路的設計

控制箱主回路的設計主要包括兩個部分，一部分是控制箱主回路本身的設計模板，另一部分是控制箱主回路的信號處理器。通過這兩部分的協調配合，能夠對系統中的電流進行階段性的采樣，并對系統設備中電流過大、電壓過載、電機設備過熱以及漏電等現象進行有效的預防。其中，中央控制器作為控制回路中的核心設備，對各個分支控制模板進行管理以及監(jiān)管，分路中的各個控制模板分別與中央控制器相連，但是相互之間并不聯系。中央控制器與各個分路控制器之間進行雙向交流，也就是說，中央控制器將指令發(fā)送給分路控制器，分路控制器再將執(zhí)行現狀傳遞給中央控制器，通過這種方式實現信息的雙向傳導。

例如，控制箱主回路在對信號進行處理的過程中，首先，對信號進行分析，判斷信號中是否存在問題信號[2]。其次，直接將劃分出的問題信號運輸給驅動執(zhí)行機構，由驅動執(zhí)行機構經過檢測后，將具體的問題信號傳輸給中央控制器。中央控制器會對信號實施檢測，并且利用博里葉計算法將電路信號中的實際電流、實際電壓、實際運行功率以及功率因數等進行計算，并將最后的計算結果與標準數值相比較，通過數值之間的差距，判斷出該故障的類型。其中，故障的主要類型包括過載、缺相以及過壓等。最后，針對類型制定科學的解決方案。

2.3 控制電路的設計

控制電路主要由PICI單片機、230芯片、LCD信號按鈕以及報警系統組成。具體的設計流程如下[3]，首先，將信號輸入到數據控制器中去，利用控制器中PIC分析系統對數據進行分析。其次，對信號進行問題故障的判斷和處理。最后，控制器將控制信號傳遞到開關中，進而達到控制開關的效果。其中，通訊信號和PC串口的作用是對數據進行傳遞，LCD顯示系統用來顯示信號運輸的過程以及結果，警報系統的作用是對突發(fā)故障進行警報?？刂齐娐分械碾娫词荎DW多路電源，主要為處理系統以及報警系統提供電能。另外，變電站在控制電路中也得到了廣泛的應用，變電站的額定容量為4 500 kVA，最大負荷能力為3 600 kW。其中一次側額定電流為260 A，二次側額定電流為780 A，電壓的適用范圍在80%～120%左右，額定功率為50 Hz。

2.4 軟件檢測的設計

軟件檢測的組成部分主要包括信息判斷、信息控制、信息顯示以及信息串行。對信息的主要處理流程如下，首先啟動電源，判斷轉速是否到達額定值，如果到達額定值，顯示系統會進行顯示。如果沒到達額定值，系統會自動啟動風速傳感器，達到額定值之后PIC單片機會對信息進行判斷。其次，對信息進行切換控制，如果在控制過程中出現問題，系統開啟保護判斷。如果沒有出現問題，則直接對其進行通訊處理[4]。最后，結束信息檢測流程。其中，信息控制部分主要包括防抖系統、信息過濾系統、邏輯處理系統以及優(yōu)化系統等。LCD處理部分主要包括初始化系統、使能控制系統以及讀寫控制系統三部分。

3 結語

隨著煤礦井下綜采工作面中機電設備的運行質量不斷提高，如何對機電設備進行有效管理已成為重點關注的問題。通過對煤礦井下綜采工作面機電設備集中控制系統的設計方法進行研究，完善集中控制系統的設計方案，為集中控制系統在煤礦井下綜采工作中的應用和發(fā)展奠定基礎[5]。

參考文獻

[1]羅驅波，孫彥景，錢建生.基于煤礦井下綜采工作面機電設備集中控制系統的設計[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2015（3）：16-17.

[2]趙紅梅.關于煤礦井下綜采工作面機電設備集中控制系統設計的研究[J].山西煤炭管理干部學院學報，2015（3）：116-117.

[3]郭金陵，劉炎偉，袁志亮.基于煤礦井下綜采工作面機電設備集中控制系統的設計研究[J].煤炭技術，2014（9）：113-114.

[4]王才，趙曉東.煤礦井下綜采工作面機電設備集中控制系統的設計探索[J].山東煤炭科技，2015（2）：1 145-1 146.

[5]王雪琪，李國義，李明學.分析煤礦井下綜采工作面機電設備集中控制系統的設計[J].煤礦自動化，2015（1）：147-148.