煤矿电气自动化控制系统设计*

毛艳青

(同煤集团忻州窑矿综采三队，山西大同 037021)

0 引言

煤矿产业与我国的经济发展和人们的日常生活息息相关，只有保证煤矿生产的效率和质量，才能为产业的发展提供充足的能源，确保人们正常的生活秩序。煤矿电气的自动化控制能够在我国现有的煤矿生产水平上进一步提升煤矿生产的效率，促进煤矿产业的升级和发展。笔者从我国当前煤矿电气控制技术中存在的问题入手，探讨了实现煤矿电气自动化控制的途径。

1 单片机电气自动化控制系统在煤矿开采中的应用

在煤矿的电气自动化控制系统中最核心的组成部分就是单片机。电气设备中单片机的选择需要根据采煤作业的环境、生产设备的结构功能等进行综合的考虑。在单片机的选择中，首先需要考虑的是作业的环境。在进行单片机的选取前，首先要对采煤作业的环境进行充分的考察，并做好环境的分析和记录，保证最终选择的单片机能够在实际作业环境中充分发挥自身的功能。在使用单片机的过程中要做好防水工作。在有水的环境下，单片机会发生漏电的现象，因此必须对单片机采取防水措施。在井下作业的煤矿中，一般会采用PIC单片机。这种单片机就具有良好的防水性能。并且当单片机在出现漏电的现象时，还能启动自动保护装置，确保在单片机故障的状况下，电气设备中的其他部件仍能够正常运行。此外，这种单片机还具有应用范围广、能源消耗量低、抗干扰能力强的特点［1］。

单片机在电气设备中主要起到了对系统中的其他部件进行保护的作用。它可以对电气设备中的电信号进行检测，并将电信号转化为有效的数据信息传输到中央处理器中。中央处理器在收到信号后会根据信号的内容给出相应的指令，实现对电气设备的综合管理。组成单片机的硬件设备包括电源、存储器、信号传输器、中央处理器、通信器等。这些设备共同组成了单片机的硬件系统结构，其中任何一个设备的故障都会导致单片机的功能障碍。

在煤矿电气设备中，单片机主要应用于漏电保护装置和风机系统内。在煤矿电气设备的工作过程中，电阻阻值会由于各种原因发生阻值下降的现象。电阻在电路中起到了绝缘的作用，一旦阻值下降后就会导致继电器停止工作。单片机在感应到故障后，就会向中央处理器发出信号，中央处理器给出相应的指令命令总开关将电力切断。电气设备在运行过程中执行的指令都是由中央处理器发出的，计算机会对中央处理器发出的指令进行一定的处理，并将信号显示在显示屏上。有时，需要对一些信息进行封锁才能保证设备的正常运行。原始的电压信号一般都在0．5 V左右，只有在经过放大后才能被中央处理器所接收。当系统处于断电的状态后就可以对设备内部的各个部分进行全面的检查，及时排除设备中的故障。在这个过程中，电气设备中的漏电保护设备一直处于运行的状态中，并产生了较大的电流，会对系统的安全性和稳定性产生一定的影响。这时就需要有效应用单片机的计算能力，对系统的各个部分进行检测。

风机是煤矿生产过程中必不可少的设备之一，对控制矿井内部温度，确保生产安全都具有重要意义。但一般矿井中，风机的通风速率都是统一控制的，无法根据实际的情况进行调整。单片机的应用有效的解决了这一问题［2］。它能实现对风机风速的实时调节，并且用软件控制方式代替了传统的逻辑电路控制方式，有效的提高了控制的效率及企业的经济效益。

2 煤矿电气自动化控制系统的改造和创新

2．1 优化系统设备

控制设备承担着最为基本的调控作用，设备的运行效率将会对系统整体的工作效率产生极大的影响。为了保证煤矿电气自动化控制系统的工作效率，就必须做好设备的更新和优化。首先在设备的选取前，必须对控制系统的结构设置和设计要求进行明确。例如，有些设备在煤矿开采的过程中仅仅起到检测矿井内部瓦斯浓度的作用，在选取设备时便只需考虑这一个因素即可。但有些设备还起到了检测矿井内部水位变化的作用，在微机设备的选择上就要关注设备水位感应能力。

PIC设备日后的发展将会向着综合控制的方向深入，从而在矿井生产作业中起到更好的控制和协调作用。我国当前对电气设备的自动化控制技术的研究更多的是集中在编程工具的研制上。编程系统是当前煤矿电气设备中的主要控制结构，一般包括中央处理系统、图像处理系统、计算机等几个部分。在传统的控制系统中，一般采用手动编程的方式，但这种方式的效率较低，因此现在采用计算机编程的方式代替了手动编程［3］。

2．2 创新优化系统软件

在电气设备的自动化控制系统中，真正起到控制作用的是系统软件。因此，要提高煤矿电气的自动化控制技术，首要的任务是升级优化系统软件。在进行系统软件的优化时必须结合系统原本的特点，并将优化的重点放在PIC系统上。在完成软件的更新后，还需要进行后期的调整和校对，从而确保更新后的软件系统能尽快的与设备的功能相适应。

2．3 创新优化系统硬件

煤矿电气自动化控制系统中的硬件设备主要是输入电路和输出电路两个部分。在进行输入电路的改造时应当考虑到电压的范围以及环境因素的影响。一般的电路对于电压的大小通常都有一定的限制，必须将PIC电路中的电压控制在正常的范围内才能保证电路的安全性。其次，煤矿生产的环境通常较为恶劣，并且容易受到多种环境因素的干扰。作业人员必须对环境因素做好合理的控制，才能将环境的影响控制在合理的限度内。电路的优化通常通过隔离变压器和滤波器来实现。在电路优化的过程中，为了保证电路的安全性，必须控制电压在24 V以下。在对电路的负载进行调节时则需要考虑到电源自身的承载能力［4］。

对输出电路的优化主要集中在指示装置及输出方式的调整上。为了确保输出信息的准确性和高效性，可以对电路采取一定的继电器保护，从整体上提高电路的反应速率。在继电器的选择上应当考虑到电路的结构层次设计，保证继电器的抗干扰能力和承载能力。在输出电路中若存在电磁线圈，则需要对内部芯片进行保护，主要原因是当电磁线圈故障引起电路短路时会对芯片造成一定的损伤。为了防止这一现象的发生，通常可以采用在电路中并联上一个二极管的方式来解决，这样就能减小短路时产生的电流，对PIC芯片进行一定的保护。

3 结语

煤矿产业在未来较长一段时间内仍会是我国的支柱产业之一，而随着产业规模的不断扩大，实现煤矿电气的自动化管理将成为一种必然的趋势。煤矿电气设备的自动化控制系统设计应当从系统元件、软件系统、硬件系统等方面进行完善和升级。在系统内部结构上，PIC系统是自动控制系统中的核心部分，对于系统的运算和编程速度都会产生极大的影响，在自动化技术的研究中也应将PIC技术的发展作为重点。除此之外，输入电路、输出电路、内部构件等也需要研究人员更多的关注和重视。

［1］ 陆超君．浅谈电气自动化控制系统的设计要点［J］．商品与质量－科学理论，2011(4):45－47．

［2］ 刘 玮．电气自动化控制系统的应用研究［J］．中国房地产业，2011(10):20－23．

［3］ 张自友．单片机在煤矿电气自动化中的应用［J］．煤炭技术，2012(7):14－16．

［4］ 彭 里．电气自动化在我国煤矿的发展现状及未来展望［J］．科学之友，2011(17):34－36．