煤礦生產(chǎn)中電氣自動化控制技術(shù)的應(yīng)用

趙連豐

天津華寧電子有限公司，天津 300385

0 引言

煤礦生產(chǎn)全過程涉及了諸多細(xì)小環(huán)節(jié)，加大了管理的難度，而電氣自動化控制技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)了煤礦生產(chǎn)電氣設(shè)備的自動化運行，達(dá)到安全運行的狀態(tài)。電氣自動化控制技術(shù)有利于促進(jìn)煤礦生產(chǎn)效率的大幅度提升，并且和現(xiàn)代化生產(chǎn)理念相契合，在實現(xiàn)增產(chǎn)增效的基礎(chǔ)上，使煤礦生產(chǎn)環(huán)節(jié)能夠獲取準(zhǔn)確的電氣控制。煤礦生產(chǎn)中對于效益以及效率給予了高度重視，特別是近幾年煤礦生產(chǎn)規(guī)模日益擴(kuò)大，在技術(shù)方面的要求也日益提高，主要目的就是能夠增強生產(chǎn)控制力，將電氣自動化控制優(yōu)勢充分體現(xiàn)出來。在煤礦生產(chǎn)環(huán)節(jié)，電氣自動化是發(fā)展的必然趨勢，通過電氣自動化控制技術(shù)的應(yīng)用可使生產(chǎn)環(huán)境得到有效改善，不僅提升了工作效率，還保障了工作人員的人身安全，降低了工作的危險性，在一定程度上節(jié)省了人力資源的投入。同時，電氣自動化的應(yīng)用有利于各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)的在線采集、匯總、分析，為企業(yè)生產(chǎn)管理提供有效的決策依據(jù)，保障工作的高效開展。

1 煤礦電氣自動化的概念

一般情況下，煤礦企業(yè)電氣自動化被認(rèn)為是利用自動化設(shè)備對煤礦一線生產(chǎn)工作、安全及輔助生產(chǎn)工作采取自動化控制。電氣自動化控制技術(shù)優(yōu)勢較為突出，不僅具備了較強的綜合性以及集成性特點，而且還涉及了PLC、儀表等多種技術(shù)，技術(shù)手段的集成使煤礦生產(chǎn)控制服務(wù)更加多元化。煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)如圖1所示。電氣自動化技術(shù)改善了傳統(tǒng)的工作手段，節(jié)省了人力資源，讓工作變得更加安全、更加高效。在煤礦生產(chǎn)的過程中，會用電氣自動化檢測然后對場地進(jìn)行智能分析。但是，電氣行業(yè)受到商品以及替代品的影響，目前，電氣公司的市場份額在不斷地縮小，這就導(dǎo)致電氣公司產(chǎn)品不好銷售，造成了閑置現(xiàn)象[1]。

圖1 煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)

2 電氣自動化控制系統(tǒng)在現(xiàn)代化設(shè)備生產(chǎn)制造中的集成應(yīng)用

2.1 電氣自動化控制在通風(fēng)系統(tǒng)中的應(yīng)用

在煤礦生產(chǎn)過程中，通風(fēng)系統(tǒng)是非常重要的組成部分，主要是對煤礦生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行凈化、優(yōu)化，為工作人員創(chuàng)造安全性較強的作業(yè)條件。目前，在國內(nèi)即將開展的全國重點環(huán)境綜合勘測研究項目現(xiàn)場和其他各種特殊項目的實際開采操作環(huán)境工作中，人們在參與環(huán)境監(jiān)測工作和環(huán)境分析評價決策工作后，采礦作業(yè)現(xiàn)場環(huán)境十分復(fù)雜。因此，在實際環(huán)境地質(zhì)監(jiān)測預(yù)報工作系統(tǒng)中，如何選擇合理的方法設(shè)計和模擬特殊環(huán)境的開采項目現(xiàn)場已經(jīng)逐步成為有關(guān)領(lǐng)域工作人員近年來重點研究的問題和試驗探索的重點方向。

當(dāng)前，我國已陸續(xù)有人研究通過綜合采用分散、分層設(shè)計的原理以及冗余設(shè)計系統(tǒng)的幾種新結(jié)構(gòu)方法來逐步重新組織設(shè)計煤礦井下通風(fēng)與安全系統(tǒng)的自動化及保護(hù)設(shè)計系統(tǒng)。在設(shè)計井下巷道通風(fēng)全自動化及其保護(hù)設(shè)計系統(tǒng)方案中，電氣自動化控制技術(shù)將控制性較強的軟件融入到煤礦通風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)，給予通風(fēng)系統(tǒng)針對性的控制，并且對系統(tǒng)具體的操作方法進(jìn)行了細(xì)致劃分，主要分為半自動化以及自動化等，通過此方法使通風(fēng)系統(tǒng)運行時的多功能需求得到有效滿足。通過系統(tǒng)控制主要依賴于電氣自動化，實現(xiàn)了煤礦生產(chǎn)環(huán)節(jié)通風(fēng)系統(tǒng)功能的拓展，例如具備報警、記憶等作用，通風(fēng)系統(tǒng)運行也越來越完善。電氣自動化控制技術(shù)在煤礦生產(chǎn)通風(fēng)系統(tǒng)中的應(yīng)用，將多種功能集合在一起，保證功能性、作用性的發(fā)揮，確保通風(fēng)系統(tǒng)高效運行的同時，煤礦生產(chǎn)也達(dá)到了操作安全性要求。

在現(xiàn)代全自動化控制設(shè)備技術(shù)的支持下，新開發(fā)生產(chǎn)的煤炭通風(fēng)系統(tǒng)產(chǎn)品已經(jīng)形成了具備以下較豐富獨特的產(chǎn)品新功能：可以作為單獨裝置，在現(xiàn)場可以直接實行現(xiàn)場遠(yuǎn)程或手動遠(yuǎn)程操作監(jiān)測或自動控制、可以單獨作為一種輔助的通風(fēng)輔助機械，能夠直接地實現(xiàn)遠(yuǎn)程或與手動遠(yuǎn)程和全自動的操作監(jiān)測控制、三遙通信聯(lián)動功能、數(shù)據(jù)采集實時監(jiān)控顯示自動報警等功能。在滿足現(xiàn)代大型現(xiàn)場規(guī)劃工程勘測設(shè)計開發(fā)和礦井建設(shè)和生產(chǎn)運行程中，一旦發(fā)現(xiàn)風(fēng)機設(shè)備出現(xiàn)了運行中故障，將迅速準(zhǔn)確地報警，啟動風(fēng)機運行期限故障自動狀態(tài)報警自動監(jiān)控報警系統(tǒng)，進(jìn)行風(fēng)機故障設(shè)備相應(yīng)的監(jiān)控檢查處理并解決[2]。工作情況如圖2所示。

圖2 從煤礦工作面集控系統(tǒng)應(yīng)用來看工作情況

2.2 電氣自動化控制系統(tǒng)在供排水系統(tǒng)中的應(yīng)用

煤礦供排水系統(tǒng)中，電氣自動化控制技術(shù)也得到了較好的應(yīng)用，主要是將供排水系統(tǒng)控制力提升了，為其自動化發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。煤礦供排水自動化系統(tǒng)運行中具備了連貫性、綜合性特點，屬于系統(tǒng)化較強的應(yīng)用技術(shù)，使用的范圍較廣。煤礦供排水技術(shù)功能性較強，既能夠體現(xiàn)自動化優(yōu)勢，同時又涵蓋了智能化特點，主要功能有以下四種。①在我國礦井機械化、排水自動化處理的系統(tǒng)工程中應(yīng)用自動化電氣智能控制技術(shù)，可以輕松做到在生產(chǎn)現(xiàn)場或無人為干預(yù)的操作區(qū)域調(diào)節(jié)排水的系統(tǒng)，實現(xiàn)了排水泵組的自由控制并機組投入實際運行時工作量，當(dāng)前生產(chǎn)階段上的實際生產(chǎn)工作用水量需要控制狀況和設(shè)計用水總需求量，合理有效控制及調(diào)度運用各種供水機械設(shè)備，大大地提高了整個供排水利用效果，充分實現(xiàn)了節(jié)約水源的有效保護(hù)和作用。②電氣自動化控制排水應(yīng)急設(shè)備系統(tǒng)還同時具備了抗設(shè)備過載、負(fù)壓、泄漏、超溫等設(shè)備啟動保護(hù)等應(yīng)急處置功能，可以有效提高企業(yè)對應(yīng)急設(shè)備在正常且安全的運行情況下的現(xiàn)場故障啟動備用的處置應(yīng)急預(yù)案，一旦發(fā)現(xiàn)環(huán)境異常且緊急異常的危險情況，迅速啟用現(xiàn)場應(yīng)急的備用處理方案，保證生產(chǎn)過程現(xiàn)場的安全。③電氣自動化控制系統(tǒng)下運行的礦井地面排水自動化控制系統(tǒng)，可以同時通過遠(yuǎn)程將來自地下泵房裝置里系統(tǒng)的排水實時數(shù)據(jù)傳遞到地面控制系統(tǒng)上的遠(yuǎn)程現(xiàn)場指揮中心，從而最終能夠完全實現(xiàn)煤礦地面泵站控制系統(tǒng)對各煤礦的排水與自控給水系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)的全自動與遠(yuǎn)程控制。④電氣過程自動化系統(tǒng)控制下運行的現(xiàn)場自動排水監(jiān)控系統(tǒng)，不僅包括對現(xiàn)場地面環(huán)境實施全面遠(yuǎn)程的人工遠(yuǎn)程控制，還包括采用了本地計算機自動遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)備、現(xiàn)場手動遠(yuǎn)程控制設(shè)備等遠(yuǎn)程自動化控制系統(tǒng)方法，可以算是真正地實現(xiàn)了對地面遠(yuǎn)程的人工遙控和遠(yuǎn)程參與核準(zhǔn)對現(xiàn)場環(huán)境的遠(yuǎn)程自動人工控制[3]。

2.3 電氣自動化控制在供電系統(tǒng)中的應(yīng)用

煤礦企業(yè)井下供電控制系統(tǒng)是包括綜合保護(hù)器、地面集控指揮中心、傳輸信息通道、監(jiān)控分站系統(tǒng)等共四個系統(tǒng)部分組成。對PLC控制器系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，在控制器系統(tǒng)接口上輸入指令符，配合控制器系統(tǒng)中的其他工作系統(tǒng)完成其相應(yīng)功能的控制工作流程，完成了對煤礦生產(chǎn)用電的控制。在整個硬件系統(tǒng)設(shè)計工作過程中綜合采用了以上這幾個功能部分，可以有效使改善整個工業(yè)控制系統(tǒng)硬件對外界環(huán)境要求的快速適應(yīng)和能力，大大提高了企業(yè)電氣系統(tǒng)自動化以及節(jié)能自動化工作流程的系統(tǒng)穩(wěn)定性[4]。

2.4 電氣自動化控制在主煤流膠帶運輸系統(tǒng)中的應(yīng)用

主煤流膠帶運輸系統(tǒng)已經(jīng)成為井下輸煤的主要工具，因此膠帶運輸機的自動化程度及安全運行在煤礦生產(chǎn)中占有重要地位。主煤流膠帶運輸系統(tǒng)在應(yīng)用電氣自動化控制后，可實現(xiàn)主煤流膠帶運輸系統(tǒng)以全煤流線設(shè)備為控制對象，運用多點感知融合技術(shù)對全煤流線帶面載荷分布實現(xiàn)精確感知，根據(jù)上煤和載荷分布情況，應(yīng)用協(xié)同控制策略模型動態(tài)分析、調(diào)整煤流沿線各設(shè)備的運輸狀態(tài)，在保證全線不灑煤的前提下實現(xiàn)煤多快運、煤少慢運的協(xié)同經(jīng)濟(jì)運行。同時對煤流運輸環(huán)節(jié)存在的自動化短板進(jìn)行補充，增加智能集中潤滑，油脂在線監(jiān)測，降低檢修人員的勞動強度，通過自動變頻調(diào)速控制實現(xiàn)煤流均衡控制，降低設(shè)備運行能耗。針對井下少人/無人的工作模式，對設(shè)備、環(huán)境、人員越界進(jìn)行監(jiān)測，進(jìn)一步提升系統(tǒng)運行的安全性。實現(xiàn)主運系統(tǒng)協(xié)同經(jīng)濟(jì)運行+無人值守的作業(yè)模式。

3 煤礦生產(chǎn)電氣自動化系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 煤礦生產(chǎn)電氣自動化系統(tǒng)軟件設(shè)計

當(dāng)前，電氣行業(yè)的自動化系統(tǒng)應(yīng)用方面主要還包括的有機電系統(tǒng)綜合自動化、硬件工業(yè)過程自動化、軟件自動化控制系統(tǒng)等，由于在目前國內(nèi)煤礦企業(yè)仍然存在于自身生產(chǎn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的有許多行業(yè)特殊性，因此也更迫切需要自動化和控制及測量等技術(shù)系統(tǒng)方面的人員有效地介入，進(jìn)一步為礦山電氣自動化公司的日后機電事業(yè)方面的更高速地發(fā)展而提供技術(shù)和支持保障。

煤礦生產(chǎn)企業(yè)電氣自動化系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用的主要軟件部分主要系統(tǒng)由系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計軟件、監(jiān)控管理軟件系統(tǒng)和計算機數(shù)據(jù)庫應(yīng)用軟件三個基本部分組成。

3.1.1 組態(tài)軟件

組態(tài)軟件是指一種組成較為系統(tǒng)簡單實用的綜合軟件系統(tǒng)，用于計算機采集相關(guān)信息資料并可以對用戶所希望采集獲取的資料數(shù)據(jù)進(jìn)行計算機整理儲存和進(jìn)行圖形化信息顯示、監(jiān)督分析和過程控制以及自動化系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)和裝備。對組態(tài)軟件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計就可以輕松完成煤礦生產(chǎn)加工領(lǐng)域中的某一關(guān)鍵具體的過程，而且組態(tài)方法的使用較為靈活、方便、快捷，能夠?qū)ΦV井內(nèi)部環(huán)境以及操作進(jìn)行有效監(jiān)視，通過構(gòu)建全面自動化的平臺，將安全、生產(chǎn)、人員等相關(guān)數(shù)據(jù)匯集在一起，煤礦生產(chǎn)監(jiān)視力度加大，管理及控制效果更好。

3.1.2 監(jiān)控軟件

監(jiān)控自動化軟件，顧名思義就是能夠在全電氣控制系統(tǒng)自動化方式下對煤礦生產(chǎn)、生產(chǎn)加工環(huán)境進(jìn)行自動化監(jiān)督管理與自動化控制。它可以有效減少在加工作業(yè)過程中造成的大量勞動力能源的消耗與生產(chǎn)時間的浪費，有著很強的實際生產(chǎn)可持續(xù)操作性。

3.1.3 數(shù)據(jù)庫介紹

數(shù)據(jù)庫主要是用于在各種生產(chǎn)產(chǎn)品加工領(lǐng)域中以一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)技術(shù)來有效實現(xiàn)客戶對生產(chǎn)所需信息數(shù)據(jù)集的高效管理、組織計算和集中存儲。除此之外，通過構(gòu)建實時、歷史數(shù)據(jù)庫，可實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的自動化監(jiān)控、監(jiān)測、檢測，將高層決策、管理以及生產(chǎn)有效銜接。數(shù)據(jù)庫處理模型的構(gòu)建便于用戶加工、提煉實時數(shù)據(jù)，及時了解生產(chǎn)全過程具體情況，在我國煤礦生產(chǎn)過程中已得到較了較為廣泛的實踐應(yīng)用。

4 結(jié)語

總而言之，煤礦生產(chǎn)環(huán)境復(fù)雜、要求也較為嚴(yán)格，要想在確保安全的同時，促進(jìn)生產(chǎn)效率的提高，電氣自動化控制技術(shù)是非常不錯的選擇，既能夠為工作人員提供良好的生產(chǎn)環(huán)境，同時也保證了人身安全，使工作效率更高。時代發(fā)展的步伐日益加快，經(jīng)濟(jì)的快速增長也為煤礦行業(yè)發(fā)展創(chuàng)造了更加優(yōu)越的條件，但是同樣也面臨著較大的挑戰(zhàn)。工作環(huán)境及電氣系統(tǒng)日益復(fù)雜多變，這就需要對電氣自動化控制技術(shù)進(jìn)行不斷創(chuàng)新與優(yōu)化，確保設(shè)備使用更加安全的同時，實現(xiàn)煤礦企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的增長，推進(jìn)電氣自動化控制技術(shù)優(yōu)勢的充分發(fā)揮，使煤礦生產(chǎn)的現(xiàn)代化、自動化、智能化需求得到更好地滿足。電氣自動化技術(shù)在煤礦上還有很多應(yīng)用空間，因此，還需不斷進(jìn)行探究，保質(zhì)又保量地安全生產(chǎn)，促進(jìn)我國礦山企業(yè)的健康發(fā)展。