煤矿电气自动化控制系统的优化设计研究

高亚超

（陕西延长石油巴拉素煤业有限公司，陕西 榆林 719000）

1 电气自动化控制系统的特点

在煤矿企业生产过程中，电气自动化控制系统具有多样化的功能，如自动控制、动态监控、测量与保护等功能。另外，电气自动化控制系统也具有一些鲜明的特点，具体体现在以下几个方面：一是电气自动化控制系统具有较强的兼容性。煤矿企业在开展深层开采工作的过程中，往往会面临较为复杂的工作环境，这对电气设备的可靠性及性能等提出了更高的要求。虽然不同的电气设备在运行过程中有不同的功率与应用范围，但电气自动化控制系统可以对这些不同的设备进行统一控制，促使这些设备协同工作，从而为提高煤矿深层开采工作效率提供助力。当然，复杂的煤矿深层开采工作环境也对电气自动化通知系统的兼容性、开放性等提出了较高的要求，这促使较强兼容性成为现代电气自动化控制系统的重要特征之一。二是电气自动化控制系统具有高度集成化特点。在电气自动化控制系统运行过程中，为了满足不同工序的需求，电气自动化控制系统集成了多样化的技术与功能，这促使电气自动化控制系统拥有更为强大的功能，进而在现代煤矿企业发展过程中发挥无可替代的作用。三是电气自动化控制系统智能化水平不断提升。电气自动化控制系统通过对程序进行设置，可以对各类设备进行控制，以此完成煤矿开采任务并根据实际情况调整煤矿开采方案，这对于提高煤矿企业的生产效率、加强煤矿企业安全生产管理等都具有重要意义。

2 煤矿电气自动化控制系统的组成部分

现阶段，电气自动化控制系统已经被应用在我国煤矿生产的不同环节和阶段，并取得突出的成效。在信息化时代背景下，煤矿生产已经离不开风险预测和数字处理，这便需要更专业、更科学的控制装置系统来应对煤矿生产中的恶劣环境。然而，电气自动化控制系统在应用的过程中还存在诸多问题，需要技术人员在明确控制系统组成部分的前提下对这些问题进行解决，使电气自动化控制系统更能满足我国煤矿生产的实际需求和时代发展要求。

2.1 信息采集系统

信息采集是电气自动化控制系统的基本功能，信息采集系统能够借助通信模块将具体情况传递给可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC），随后根据煤矿生产设备的运行状况进行相应的风险评估，以便技术人员在突发状况出现后能对现场进行充分、全面、具体的了解。此外，信息采集系统还能通过信息交换实现人机交互，将运行信息和数据以声光传输的方式传递出去，让煤矿生产工作更加有序、安全、稳定。在大数据背景下，信息采集系统逐渐与大数据挖掘技术、分析技术相融合，使数据分析从传统的单向分析发展为包含数据预测、数据整合及数据挖掘的多向分析，切实提高了煤矿信息收集的质量，并且使电气自动化系统具有鲜明的智能化、信息化特征。

2.2 PLC

PLC 作为自动化控制装置被广泛应用在煤矿设备的控制中。通常来讲，我国煤矿电气设备主要采用PLC 来确保生产设备稳定运行，该控制器通常包括数字量模块、主站单元、通信模块、拟量模块等内容，其中主站单元可以方便电气自动化控制系统对各类电气设备进行控制和监督，确保煤矿设备都能稳定且有效地运行。此外，扩展单元可以将煤矿电气设备划分为上下两部分，切实提高了控制系统对设备报警系统的控制质量，也提高了信号的交换频率和煤矿生产效率。

2.3 电气控制系统

矿井开采控制和温度控制是电气控制系统的核心内容，能够充分反映电气设备整体的运行状况，因此优化控制系统对煤矿生产具有较为明显的现实价值和作用。在实践中，测量设备的热电阻所对应的设备传感器可以保持较高精度和灵敏度的传感功能。但在煤矿生产的过程中，工作人员需要确保传感器温度保持在100℃以下，这样才能更好地实现电气控制系统闭环控制的目标。而在日常生产中，工作人员还需要借助互联网与监控层的相互连接，核算或计算矿井中的“瓦斯含量”、检测“通风状况”、控制“电气设备”和“单元过程”，而监控层则需要利用组态来获取相应的数据信息，提高数据信息的处理质量。

3 煤矿电气自动化控制系统优化设计策略

在煤矿企业生产过程中，电气自动化控制系统对提高生产效率、进一步提升生产现代化水平等具有重要意义。鉴于此，在煤矿电气自动化控制系统设计工作中，设计人员需要严格遵循设计流程，面向实际和需求，合理选择设计思路，科学制订设计方案，并通过提高软硬件质量及其兼容性等满足煤矿电气自动化控制系统在应用过程中的稳定性及可靠性需求。

3.1 电气自动化控制系统设计思路优选

随着电气自动化控制系统在现代工业生产中不断发挥作用，电气自动化控制系统的适用范围及形态等也得到了持续拓展。当前，工业领域的电气自动化控制系统设计主要包含现场总线监控、远程监控与集中监控3 类，每一种设计思路都既具有明显的优势，也具有一定的局限性。其中，集中监控无论是在设计还是后期维护方面都更加便捷，但基于这种设计思路构建的电气自动化控制系统在应用过程中存在以下问题：即煤矿企业生产管理中的各类信息都需要由中央处理器处理，这不仅导致中央处理器需要承担较大的运算压力，而且会导致错误增加且效率降低。基于远程监控思路构建的电气自动化控制系统具有成本较低、管理灵活的特点，但与集中监控一样，远程监控也存在信息传输量巨大及现场总线高负荷运转的问题。相较于前两者，现场总线监控则具有维护更为便捷及适应范围更为广泛的特征，这种电气自动化控制系统设计思路的出现也促使电气自动化控制系统的智能化水平得到进一步提升。另外，这种电气自动化控制系统设计思路的应用也成为煤矿电气自动化控制系统设计的重要选择。

互联网与信息技术的发展为现场总线技术在煤矿企业中的应用创造了良好的技术环境。当前，煤矿企业在对这种电气自动化控制系统进行应用的过程中积累了较为丰富的经验，这为煤矿企业电气自动化控制系统的持续优化奠定了良好的基础。基于现场总线监控方式的电气自动化控制系统设计具有更强的针对性，因而其能够在一定程度上满足煤矿企业实际需求。相对于远程监控而言，现场总线监控方式不仅具备其大部分优势，而且能够有效减少各类配件、设备的使用量，促使电气自动化控制系统在成本控制及维护便捷性方面具有更为明显的优势。另外，在电气自动化控制系统运行过程中，不同装置都具有相对独立的功能，模块化是现场总线监控方式所具有的重要特征。煤矿企业在开展电气自动化控制系统设计的过程中，需要具备与时俱进及可持续发展的意识，将更为先进的技术应用到系统优化设计工作中，从而在提升系统性能的基础上，为有效控制系统后期维护成本奠定良好的基础。

3.2 可靠性需求视角下系统优化设计策略

在煤矿企业开展电气自动化控制系统优化设计的过程中，可靠性是一个需要重点考虑的因素。事实上，虽然电气自动化控制相对于传统的生产方式而言呈现出了可靠性更高的特点，可以有效提高煤矿企业生产率、改善煤矿企业生产环境，但电气自动化控制系统在其应用过程中仍旧面临一定的可靠性风险。从可靠性视角对电气自动化控制系统开展优化设计不仅能够保障煤矿企业各项生产工作有效开展，而且对于降低煤矿企业生产成本具有重要意义，这也表明了煤矿企业有必要从这一角度对电气自动化控制系统进行优化设计。

在从可靠性需求视角对电气自动化控制系统开展优化设计的过程中，设计人员需要对可靠性影响因素进行全面的把握。具体而言，影响电气自动化控制系统可靠性的因素主要包括内部因素与外部因素两类。其中，内部因素主要为设备因素，如元件质量难以满足电气自动化系统在恶劣环境下正常运行的需求，会导致电气自动化系统无法可靠运行。无论是没有对系统运行环境进行科学评估还是在元件选择方面存在偷工减料的问题，都会导致电气自动化系统无法可靠运行。当然，难以完全避免诸如电磁波干扰等影响因素，这也是内部因素中的一种。外部因素则主要是人为因素，即在电气自动化控制系统运行过程中，工作者不具备对其进行合理操作的能力或者没有有效履行自身职责等，这些都导致电气自动化控制系统在误操作或者高负荷运转中出现故障。

在明确电气自动化控制系统可靠性影响因素的基础上，电气自动化控制系统优化设计人员还需要对既有的系统开展可靠性测试，从而找出系统存在的可靠性风险。在此过程中，可靠性测试方法主要包括实验室测试法、现场测试法以及保证测试法。其中，现场测试法需要使用较多的试验品，并产生一定的成本问题，所以这种方法更适用于大批量生产。现场测试法能够对现场情况作出评估，但在待测设备的安装与连接方面具有较大的难度。保证测试法又称为“烤机”，主要应用在样品的可靠性检测中。在确定可靠性测试方法之后，设计人员还需要对测试场地、测试环境以及测试产品等进行选择，并依据特定的操作程序开展测试实践。

在完成测试工作之后，设计人员还需要对电气自动化控制系统可靠性提升策略进行探索。一般而言，为了能够提高电气自动化控制系统的可靠性，设计人员可以从以下几个方面对煤矿电气自动化控制系统进行优化。首先，对电气自动化控制系统中的元器件进行合理选择。元器件种类越少、通用程度越高，越有利于提高后期维护的便利性并有效提高电气自动化控制系统的可靠性，这是因为通用程度高的元器件往往具有更容易装配以及精度更高的特点。因此，在对设计方案进行优化的过程中，设计人员有必要重视使用具有更高通用性的元器件。其次，在元器件的选择中，设计人员不仅需要了解元器件使用环境，而且需要在新能源方面留有余量。与此同时，设计人员需要对元器件的可靠性指标进行分析，从而为之后元器件选择工作的开展提供依据。再次，设计人员需要重视提高电子设备的气候防护能力。在电子自动化控制系统工作过程中，污染气体、潮湿空气、霉菌、盐雾以及气压等都会对电子设备在运转过程中的表现产生影响，如潮湿空气会让电子设备产生凝露现象，进而导致电子设备性能下降并提高电子设备的故障率。最后，为提高电气自动化控制系统的可靠性，设计人员需要明确电气自动化控制系统运行环境对元器件、设备所提出的要求，在确保性能足够的基础上，尽量选用性能更高的产品。与此同时，设计人员有必要从整体性能以及后期维护等层面对产品结构进行周密设计，从而从整体层面提高电气自动化控制系统的可靠性。

4 结语

在煤矿企业生产中，电气自动化控制系统呈现出了较强的兼容性、集成性以及智能化特征。在对电气自动化控制系统设计方案进行优化的过程中，设计人员需要面向实际、面向需求，在合理选择设计思路的基础上，从可靠性视角对影响电气自动化控制系统运行稳定性的因素进行全面把控，并在对电气自动化控制系统做好可靠性测试的基础上，探索提高电气自动化控制系统可靠性的路径，从而确保电气自动化控制系统的所有优势能够得到充分发挥。