煤矿井下综采工作面机电设备集中控制系统的设计

2018-02-18张斐

机械管理开发 2018年4期

张斐

（山西阳泉煤业集团有限责任公司五矿，山西阳泉 045209）

引言

由于我国煤矿井下开采事故频发，造成重大人员伤亡的同时也暴露了我国矿井工作中存在的问题。据调查发现，我国每年由于煤矿开采技术不完善发生安全事故的概率占全国安全事故的10%。由此可以看出，对煤矿井下综采工作进行完善是改变这一现状的主要手段。目前，由于科学技术的迅速发展，煤矿井下综采技术已经实现了自动化，减少了人力资源的浪费，但是，由于我国煤矿井下综采工作设备在应用的过程中仍然存在一定的问题，导致机电设备的使用效率始终无法提高。

1 综采机电设备集中控制系统设计的重要性

煤矿井下综采系统已经基本实现了自动化，主要机电设备包括移动变电站、智能开关、电磁启动器以及隔爆开关等。在应用的过程中，由于涉及的机电设备较多，仅仅是通过人为进行控制以及监管很难全方面进行管理，进而影响了设备整体的运行质量。由此可以看出，为了进一步提高煤矿井下综采机电设备的运行质量，要利用先进的手段对其进行管理，而集中控制系统的应用有效解决了这一问题。集中控制系统的主要内容就是对电机设备进行统一管理、统一调度、统一监管以及统一控制，保证了煤矿开采安全的同时，也推动了煤矿井下综采机电设备集中控制系统的发展。另外，在集中控制系统中，除了要对机电设备进行统一监管控制之外，还要注意对设备进行远程监控，真正实现集中管理。

2 综采机电设备集中控制系统的设计

2.1 综采机电设备集中控制系统的整体设计

目前，大多数机电设备中的开关都是由智能型组合开关构成的，其中应用最广泛的是1140型智能开关，这种开关能够对开采机、输送机以及转载机进行有效的控制。智能开关的额定电压为3 300 V，额定电流为600 A，最大负荷能力为1 200 A。其中的电流互感器额定电压为5 000 V，额定电流为1 A，二次电流为0.5 A。但是，这种智能开关并不能进行通讯，也不能和总系统进行连接，所以要想确保系统的正常运行，就要设计一个专门的监控系统，其中在机电设备集中控制系统中最常见的监控技术就是Modbus监控技术，为了使其作用充分发挥出来，系统中的单片机必须能够与远程监控系统兼容。也就是说，该监控系统在运行的过程中，不仅要对系统中的各个设备进行控制、管理和保护，还要将设备运行现状信息及时传达给总指挥中心，并且对于总指挥中心下达的命令给予执行，例如，强制多线圈以及编写多个寄存命令等。

另外，在对集中控制系统进行总体设计的过程中，硬件的设计也是其重要的组成部分之一，控制系统的硬件设备主要包括控制箱、接收器、显示箱、以及传感器等。其中，对以上设备进行连接能够组成多种运行方式，包括独立控制系统、多回路控制系统、单机控制系统以及双机控制系统四种[1]。这四种运行方式都具有运行性能稳定、可靠性高以及操作简单等特点，所以被广泛应用在实际生活中。

2.2 控制箱主回路的设计

控制箱主回路的设计主要包括两个部分，一部分是控制箱主回路本身的设计模板，另一部分是控制箱主回路的信号处理器。通过这两部分的协调配合，能够对系统中的电流进行阶段性的采样，并对系统设备中电流过大、电压过载、电机设备过热以及漏电等现象进行有效的预防。其中，中央控制器作为控制回路中的核心设备，对各个分支控制模板进行管理以及监管，分路中的各个控制模板分别与中央控制器相连，但是相互之间并不联系。中央控制器与各个分路控制器之间进行双向交流，也就是说，中央控制器将指令发送给分路控制器，分路控制器再将执行现状传递给中央控制器，通过这种方式实现信息的双向传导。

例如，控制箱主回路在对信号进行处理的过程中，首先，对信号进行分析，判断信号中是否存在问题信号[2]。其次，直接将划分出的问题信号运输给驱动执行机构，由驱动执行机构经过检测后，将具体的问题信号传输给中央控制器。中央控制器会对信号实施检测，并且利用博里叶计算法将电路信号中的实际电流、实际电压、实际运行功率以及功率因数等进行计算，并将最后的计算结果与标准数值相比较，通过数值之间的差距，判断出该故障的类型。其中，故障的主要类型包括过载、缺相以及过压等。最后，针对类型制定科学的解决方案。

2.3 控制电路的设计

控制电路主要由PICI单片机、230芯片、LCD信号按钮以及报警系统组成。具体的设计流程如下[3]，首先，将信号输入到数据控制器中去，利用控制器中PIC分析系统对数据进行分析。其次，对信号进行问题故障的判断和处理。最后，控制器将控制信号传递到开关中，进而达到控制开关的效果。其中，通讯信号和PC串口的作用是对数据进行传递，LCD显示系统用来显示信号运输的过程以及结果，警报系统的作用是对突发故障进行警报。控制电路中的电源是KDW多路电源，主要为处理系统以及报警系统提供电能。另外，变电站在控制电路中也得到了广泛的应用，变电站的额定容量为4 500 kVA，最大负荷能力为3 600 kW。其中一次侧额定电流为260 A，二次侧额定电流为780 A，电压的适用范围在80%～120%左右，额定功率为50 Hz。

2.4 软件检测的设计

软件检测的组成部分主要包括信息判断、信息控制、信息显示以及信息串行。对信息的主要处理流程如下，首先启动电源，判断转速是否到达额定值，如果到达额定值，显示系统会进行显示。如果没到达额定值，系统会自动启动风速传感器，达到额定值之后PIC单片机会对信息进行判断。其次，对信息进行切换控制，如果在控制过程中出现问题，系统开启保护判断。如果没有出现问题，则直接对其进行通讯处理[4]。最后，结束信息检测流程。其中，信息控制部分主要包括防抖系统、信息过滤系统、逻辑处理系统以及优化系统等。LCD处理部分主要包括初始化系统、使能控制系统以及读写控制系统三部分。