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小環(huán)節(jié)，加大了管理的難度，而電氣自動化控制技術的應用，實現(xiàn)了煤礦生產(chǎn)電氣設備的自動化運行，達到安全運行的狀態(tài)。電氣自動化控制技術有利于促進煤礦生產(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)增效的基礎上，使煤礦生產(chǎn)環(huán)節(jié)能夠獲取準確的電氣控制。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)模日益擴大，在技術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的應用可使生產(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)電氣自動化被認為是利用自動化設備對煤礦一線生產(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，技術手段的集成使煤礦生產(chǎn)控制服務更加多元化。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)代化設備生產(chǎn)制造中的集成應用

2.1 電氣自動化控制在通風系統(tǒng)中的應用

在煤礦生產(chǎn)過程中，通風系統(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)境十分復雜。因此，在實際環(huán)境地質(zhì)監(jiān)測預報工作系統(tǒng)中，如何選擇合理的方法設計和模擬特殊環(huán)境的開采項目現(xiàn)場已經(jīng)逐步成為有關領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。

當前，我國已陸續(xù)有人研究通過綜合采用分散、分層設計的原理以及冗余設計系統(tǒng)的幾種新結構方法來逐步重新組織設計煤礦井下通風與安全系統(tǒng)的自動化及保護設計系統(tǒng)。在設計井下巷道通風全自動化及其保護設計系統(tǒng)方案中，電氣自動化控制技術將控制性較強的軟件融入到煤礦通風系統(tǒng)內(nèi)，給予通風系統(tǒng)針對性的控制，并且對系統(tǒng)具體的操作方法進行了細致劃分，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)通風系統(tǒng)功能的拓展，例如具備報警、記憶等作用，通風系統(tǒng)運行也越來越完善。電氣自動化控制技術在煤礦生產(chǎn)通風系統(tǒng)中的應用，將多種功能集合在一起，保證功能性、作用性的發(fā)揮，確保通風系統(tǒng)高效運行的同時，煤礦生產(chǎn)也達到了操作安全性要求。

在現(xiàn)代全自動化控制設備技術的支持下，新開發(fā)生產(chǎn)的煤炭通風系統(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)場遠程或手動遠程操作監(jiān)測或自動控制、可以單獨作為一種輔助的通風輔助機械，能夠直接地實現(xiàn)遠程或與手動遠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)劃工程勘測設計開發(fā)和礦井建設和生產(chǎn)運行程中，一旦發(fā)現(xiàn)風機設備出現(xiàn)了運行中故障，將迅速準確地報警，啟動風機運行期限故障自動狀態(tài)報警自動監(jiān)控報警系統(tǒng)，進行風機故障設備相應的監(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)中的應用

煤礦供排水系統(tǒng)中，電氣自動化控制技術也得到了較好的應用，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。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)化較強的應用技術，使用的范圍較廣。煤礦供排水技術功能性較強，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)工程中應用自動化電氣智能控制技術，可以輕松做到在生產(chǎn)現(xiàn)場或無人為干預的操作區(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)約水源的有效保護和作用。②電氣自動化控制排水應急設備系統(tǒng)還同時具備了抗設備過載、負壓、泄漏、超溫等設備啟動保護等應急處置功能，可以有效提高企業(yè)對應急設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急預案，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)設備狀態(tài)的全自動與遠程控制。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)境實施全面遠程的人工遠程控制，還包括采用了本地計算機自動遠程控制系統(tǒng)設備、現(xiàn)場手動遠程控制設備等遠程自動化控制系統(tǒng)方法，可以算是真正地實現(xiàn)了對地面遠程的人工遙控和遠程參與核準對現(xiàn)場環(huán)境的遠程自動人工控制[3]。

2.3 電氣自動化控制在供電系統(tǒng)中的應用

煤礦企業(yè)井下供電控制系統(tǒng)是包括綜合保護器、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)進行優(yōu)化設計，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)以全煤流線設備為控制對象，運用多點感知融合技術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，應用協(xié)同控制策略模型動態(tài)分析、調(diào)整煤流沿線各設備的運輸狀態(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)濟運行。同時對煤流運輸環(huán)節(jié)存在的自動化短板進行補充，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，降低設備運行能耗。針對井下少人/無人的工作模式，對設備、環(huán)境、人員越界進行監(jiān)測，進一步提升系統(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)軟件設計

3.1 煤礦生產(chǎn)電氣自動化系統(tǒng)軟件設計

當前，電氣行業(yè)的自動化系統(tǒng)應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系統(tǒng)方面的人員有效地介入，進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)展而提供技術和支持保障。

煤礦生產(chǎn)企業(yè)電氣自動化系統(tǒng)設計應用的主要軟件部分主要系統(tǒng)由系統(tǒng)組態(tài)設計軟件、監(jiān)控管理軟件系統(tǒng)和計算機數(shù)據(jù)庫應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)進行計算機整理儲存和進行圖形化信息顯示、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)軟件進行優(yōu)化設計就可以輕松完成煤礦生產(chǎn)加工領域中的某一關鍵具體的過程，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)境以及操作進行有效監(jiān)視，通過構建全面自動化的平臺，將安全、生產(chǎn)、人員等相關數(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)品加工領域中以一種數(shù)據(jù)結構技術來有效實現(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用。

4 結語

總而言之，煤礦生產(chǎn)環(huán)境復雜、要求也較為嚴格，要想在確保安全的同時，促進生產(chǎn)效率的提高，電氣自動化控制技術是非常不錯的選擇，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)日益復雜多變，這就需要對電氣自動化控制技術進行不斷創(chuàng)新與優(yōu)化，確保設備使用更加安全的同時，實現(xiàn)煤礦企業(yè)經(jīng)濟效益的增長，推進電氣自動化控制技術優(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。電氣自動化技術在煤礦上還有很多應用空間，因此，還需不斷進行探究，保質(zhì)又保量地安全生產(chǎn)，促進我國礦山企業(yè)的健康發(fā)展。