煤矿生产中电气自动化控制技术的应用

赵连丰

天津华宁电子有限公司，天津 300385

0 引言

煤矿生产全过程涉及了诸多细小环节，加大了管理的难度，而电气自动化控制技术的应用，实现了煤矿生产电气设备的自动化运行，达到安全运行的状态。电气自动化控制技术有利于促进煤矿生产效率的大幅度提升，并且和现代化生产理念相契合，在实现增产增效的基础上，使煤矿生产环节能够获取准确的电气控制。煤矿生产中对于效益以及效率给予了高度重视，特别是近几年煤矿生产规模日益扩大，在技术方面的要求也日益提高，主要目的就是能够增强生产控制力，将电气自动化控制优势充分体现出来。在煤矿生产环节，电气自动化是发展的必然趋势，通过电气自动化控制技术的应用可使生产环境得到有效改善，不仅提升了工作效率，还保障了工作人员的人身安全，降低了工作的危险性，在一定程度上节省了人力资源的投入。同时，电气自动化的应用有利于各种生产数据的在线采集、汇总、分析，为企业生产管理提供有效的决策依据，保障工作的高效开展。

1 煤矿电气自动化的概念

一般情况下，煤矿企业电气自动化被认为是利用自动化设备对煤矿一线生产工作、安全及辅助生产工作采取自动化控制。电气自动化控制技术优势较为突出，不仅具备了较强的综合性以及集成性特点，而且还涉及了PLC、仪表等多种技术，技术手段的集成使煤矿生产控制服务更加多元化。煤矿电气自动化控制系统如图1所示。电气自动化技术改善了传统的工作手段，节省了人力资源，让工作变得更加安全、更加高效。在煤矿生产的过程中，会用电气自动化检测然后对场地进行智能分析。但是，电气行业受到商品以及替代品的影响，目前，电气公司的市场份额在不断地缩小，这就导致电气公司产品不好销售，造成了闲置现象[1]。

图1 煤矿电气自动化控制系统

2 电气自动化控制系统在现代化设备生产制造中的集成应用

2.1 电气自动化控制在通风系统中的应用

在煤矿生产过程中，通风系统是非常重要的组成部分，主要是对煤矿生产环境进行净化、优化，为工作人员创造安全性较强的作业条件。目前，在国内即将开展的全国重点环境综合勘测研究项目现场和其他各种特殊项目的实际开采操作环境工作中，人们在参与环境监测工作和环境分析评价决策工作后，采矿作业现场环境十分复杂。因此，在实际环境地质监测预报工作系统中，如何选择合理的方法设计和模拟特殊环境的开采项目现场已经逐步成为有关领域工作人员近年来重点研究的问题和试验探索的重点方向。

当前，我国已陆续有人研究通过综合采用分散、分层设计的原理以及冗余设计系统的几种新结构方法来逐步重新组织设计煤矿井下通风与安全系统的自动化及保护设计系统。在设计井下巷道通风全自动化及其保护设计系统方案中，电气自动化控制技术将控制性较强的软件融入到煤矿通风系统内，给予通风系统针对性的控制，并且对系统具体的操作方法进行了细致划分，主要分为半自动化以及自动化等，通过此方法使通风系统运行时的多功能需求得到有效满足。通过系统控制主要依赖于电气自动化，实现了煤矿生产环节通风系统功能的拓展，例如具备报警、记忆等作用，通风系统运行也越来越完善。电气自动化控制技术在煤矿生产通风系统中的应用，将多种功能集合在一起，保证功能性、作用性的发挥，确保通风系统高效运行的同时，煤矿生产也达到了操作安全性要求。

在现代全自动化控制设备技术的支持下，新开发生产的煤炭通风系统产品已经形成了具备以下较丰富独特的产品新功能：可以作为单独装置，在现场可以直接实行现场远程或手动远程操作监测或自动控制、可以单独作为一种辅助的通风辅助机械，能够直接地实现远程或与手动远程和全自动的操作监测控制、三遥通信联动功能、数据采集实时监控显示自动报警等功能。在满足现代大型现场规划工程勘测设计开发和矿井建设和生产运行程中，一旦发现风机设备出现了运行中故障，将迅速准确地报警，启动风机运行期限故障自动状态报警自动监控报警系统，进行风机故障设备相应的监控检查处理并解决[2]。工作情况如图2所示。

图2 从煤矿工作面集控系统应用来看工作情况

2.2 电气自动化控制系统在供排水系统中的应用

煤矿供排水系统中，电气自动化控制技术也得到了较好的应用，主要是将供排水系统控制力提升了，为其自动化发展奠定了良好的基础。煤矿供排水自动化系统运行中具备了连贯性、综合性特点，属于系统化较强的应用技术，使用的范围较广。煤矿供排水技术功能性较强，既能够体现自动化优势，同时又涵盖了智能化特点，主要功能有以下四种。①在我国矿井机械化、排水自动化处理的系统工程中应用自动化电气智能控制技术，可以轻松做到在生产现场或无人为干预的操作区域调节排水的系统，实现了排水泵组的自由控制并机组投入实际运行时工作量，当前生产阶段上的实际生产工作用水量需要控制状况和设计用水总需求量，合理有效控制及调度运用各种供水机械设备，大大地提高了整个供排水利用效果，充分实现了节约水源的有效保护和作用。②电气自动化控制排水应急设备系统还同时具备了抗设备过载、负压、泄漏、超温等设备启动保护等应急处置功能，可以有效提高企业对应急设备在正常且安全的运行情况下的现场故障启动备用的处置应急预案，一旦发现环境异常且紧急异常的危险情况，迅速启用现场应急的备用处理方案，保证生产过程现场的安全。③电气自动化控制系统下运行的矿井地面排水自动化控制系统，可以同时通过远程将来自地下泵房装置里系统的排水实时数据传递到地面控制系统上的远程现场指挥中心，从而最终能够完全实现煤矿地面泵站控制系统对各煤矿的排水与自控给水系统设备状态的全自动与远程控制。④电气过程自动化系统控制下运行的现场自动排水监控系统，不仅包括对现场地面环境实施全面远程的人工远程控制，还包括采用了本地计算机自动远程控制系统设备、现场手动远程控制设备等远程自动化控制系统方法，可以算是真正地实现了对地面远程的人工遥控和远程参与核准对现场环境的远程自动人工控制[3]。

2.3 电气自动化控制在供电系统中的应用

煤矿企业井下供电控制系统是包括综合保护器、地面集控指挥中心、传输信息通道、监控分站系统等共四个系统部分组成。对PLC控制器系统进行优化设计，在控制器系统接口上输入指令符，配合控制器系统中的其他工作系统完成其相应功能的控制工作流程，完成了对煤矿生产用电的控制。在整个硬件系统设计工作过程中综合采用了以上这几个功能部分，可以有效使改善整个工业控制系统硬件对外界环境要求的快速适应和能力，大大提高了企业电气系统自动化以及节能自动化工作流程的系统稳定性[4]。

2.4 电气自动化控制在主煤流胶带运输系统中的应用

主煤流胶带运输系统已经成为井下输煤的主要工具，因此胶带运输机的自动化程度及安全运行在煤矿生产中占有重要地位。主煤流胶带运输系统在应用电气自动化控制后，可实现主煤流胶带运输系统以全煤流线设备为控制对象，运用多点感知融合技术对全煤流线带面载荷分布实现精确感知，根据上煤和载荷分布情况，应用协同控制策略模型动态分析、调整煤流沿线各设备的运输状态，在保证全线不洒煤的前提下实现煤多快运、煤少慢运的协同经济运行。同时对煤流运输环节存在的自动化短板进行补充，增加智能集中润滑，油脂在线监测，降低检修人员的劳动强度，通过自动变频调速控制实现煤流均衡控制，降低设备运行能耗。针对井下少人/无人的工作模式，对设备、环境、人员越界进行监测，进一步提升系统运行的安全性。实现主运系统协同经济运行+无人值守的作业模式。

3 煤矿生产电气自动化系统软件设计

3.1 煤矿生产电气自动化系统软件设计

当前，电气行业的自动化系统应用方面主要还包括的有机电系统综合自动化、硬件工业过程自动化、软件自动化控制系统等，由于在目前国内煤矿企业仍然存在于自身生产业务系统的有许多行业特殊性，因此也更迫切需要自动化和控制及测量等技术系统方面的人员有效地介入，进一步为矿山电气自动化公司的日后机电事业方面的更高速地发展而提供技术和支持保障。

煤矿生产企业电气自动化系统设计应用的主要软件部分主要系统由系统组态设计软件、监控管理软件系统和计算机数据库应用软件三个基本部分组成。

3.1.1 组态软件

组态软件是指一种组成较为系统简单实用的综合软件系统，用于计算机采集相关信息资料并可以对用户所希望采集获取的资料数据进行计算机整理储存和进行图形化信息显示、监督分析和过程控制以及自动化系统过程控制系统和装备。对组态软件进行优化设计就可以轻松完成煤矿生产加工领域中的某一关键具体的过程，而且组态方法的使用较为灵活、方便、快捷，能够对矿井内部环境以及操作进行有效监视，通过构建全面自动化的平台，将安全、生产、人员等相关数据汇集在一起，煤矿生产监视力度加大，管理及控制效果更好。

3.1.2 监控软件

监控自动化软件，顾名思义就是能够在全电气控制系统自动化方式下对煤矿生产、生产加工环境进行自动化监督管理与自动化控制。它可以有效减少在加工作业过程中造成的大量劳动力能源的消耗与生产时间的浪费，有着很强的实际生产可持续操作性。

3.1.3 数据库介绍

数据库主要是用于在各种生产产品加工领域中以一种数据结构技术来有效实现客户对生产所需信息数据集的高效管理、组织计算和集中存储。除此之外，通过构建实时、历史数据库，可实现对生产过程的自动化监控、监测、检测，将高层决策、管理以及生产有效衔接。数据库处理模型的构建便于用户加工、提炼实时数据，及时了解生产全过程具体情况，在我国煤矿生产过程中已得到较了较为广泛的实践应用。

4 结语

总而言之，煤矿生产环境复杂、要求也较为严格，要想在确保安全的同时，促进生产效率的提高，电气自动化控制技术是非常不错的选择，既能够为工作人员提供良好的生产环境，同时也保证了人身安全，使工作效率更高。时代发展的步伐日益加快，经济的快速增长也为煤矿行业发展创造了更加优越的条件，但是同样也面临着较大的挑战。工作环境及电气系统日益复杂多变，这就需要对电气自动化控制技术进行不断创新与优化，确保设备使用更加安全的同时，实现煤矿企业经济效益的增长，推进电气自动化控制技术优势的充分发挥，使煤矿生产的现代化、自动化、智能化需求得到更好地满足。电气自动化技术在煤矿上还有很多应用空间，因此，还需不断进行探究，保质又保量地安全生产，促进我国矿山企业的健康发展。