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關(guān)鍵詞 煤礦井下；中央泵房；自動(dòng)化控制
中圖分類號(hào)TD744 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào) 1674-6708（2011）57-0147-02
1 中央泵房自動(dòng)化控制系統(tǒng)概述
在本文提到的系統(tǒng)1650中央泵房中，共有5臺(tái)D280－65×5水泵，配用電機(jī)功率400kW、電壓6kV；聯(lián)絡(luò)閥門共15臺(tái)；水倉(cāng)分為外倉(cāng)、內(nèi)倉(cāng)；排水管路Ф325鋼管3趟；采用真空泵和水射流進(jìn)行抽真空，且互為備用；日平均涌水量720m3左右。將主排水泵作為井下排水設(shè)備，包括水泵、電機(jī)、底座、配水閥、真空泵總成、止回閥、閘閥、真空表、壓力表、水位計(jì)等構(gòu)造。每臺(tái)水泵包括1臺(tái)電機(jī)、1個(gè)整體底座、3個(gè)閘閥、1個(gè)止回閥、1套真空泵、真空表和壓力表。
在該系統(tǒng)中，主要由PLC支持?jǐn)?shù)據(jù)自動(dòng)采集功能，將PLC模擬量的輸入模塊，通過傳感器功能，連續(xù)實(shí)行對(duì)水倉(cāng)水位的檢測(cè)，轉(zhuǎn)換、處理水位變化信號(hào)，計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)不同水段的水位上升情況，進(jìn)而判斷井下涌水量，控制排水泵的啟動(dòng)與停止。利用系統(tǒng)中的水泵軸溫、電機(jī)電流、電機(jī)溫度、排水管流量等，以監(jiān)測(cè)電機(jī)、水泵的運(yùn)行狀況，發(fā)揮監(jiān)控報(bào)警作用，避免水泵及電機(jī)損壞。在PLC數(shù)字量輸入模塊中，將各種信號(hào)采集到PLC中，并作為處理邏輯的依據(jù)與條件，實(shí)現(xiàn)對(duì)排水泵的控制。
2 煤礦井下中央泵房自動(dòng)化控制的功能實(shí)現(xiàn)
在該系統(tǒng)中，采取礦用一般型的控制柜，配以集中操作臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵的自動(dòng)控制，在水泵房設(shè)一臺(tái)控制站。在每臺(tái)水泵旁設(shè)就地控制箱，除了就地實(shí)現(xiàn)每套水泵及設(shè)備的開停之外，還要實(shí)行就地/集控轉(zhuǎn)換。在該系統(tǒng)中，具備現(xiàn)場(chǎng)變成、簡(jiǎn)單易操作、可擴(kuò)展輸入/輸出點(diǎn)數(shù)等特點(diǎn)，除了完成單機(jī)控制水泵功能之外，還可通過工業(yè)以太網(wǎng)傳輸接口模塊與設(shè)置在井下中央變電所的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)連接，由井上調(diào)度中心監(jiān)控所有排水泵等被控設(shè)備。控制系統(tǒng)應(yīng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力，并具有漢字顯示功能，可自動(dòng)漢字提示故障信號(hào)和系統(tǒng)有關(guān)信息。
2.1 操作方法
在該系統(tǒng)中，主要分為遙控操作與手動(dòng)操作兩種方式，一般以遙控方式為主。一方面，遙控方式。通過地面控制器的遠(yuǎn)程設(shè)備控制，監(jiān)控各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)以及運(yùn)行參數(shù)變化等。根據(jù)實(shí)際液位的高低、上水等狀況，再加上峰谷電價(jià)的因素影響等，自動(dòng)啟動(dòng)、停止水泵，實(shí)現(xiàn)水泵和閥門之間的聯(lián)鎖啟停，檢測(cè)各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，如果發(fā)生故障則可自動(dòng)停機(jī)并提示報(bào)警，實(shí)現(xiàn)無人值守功能；另一方面，手動(dòng)方式。根據(jù)水倉(cāng)中的水位情況，確定需要開啟的水泵臺(tái)數(shù)，可由操作人員在觸摸屏中手動(dòng)操作水泵，并作為故障檢修的主要方式。
2.2 液位控制
利用液位傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)控煤礦井下水池液位。在高液位狀態(tài)下，無論是否峰谷電價(jià)時(shí)段，都可以根據(jù)自動(dòng)輪換原則，啟動(dòng)水泵。如果液位持續(xù)升高，則啟動(dòng)多臺(tái)水泵；在低液位狀態(tài)下，可無條件將所有泵停止。在水倉(cāng)水位的保護(hù)裝置中，分別設(shè)置獨(dú)立液位計(jì)，作為備用，并在水倉(cāng)壁中設(shè)置水位刻度尺，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
在該系統(tǒng)中，選用超聲波液位傳感器，它具有高精度、非接觸式、非機(jī)械型、維護(hù)方便、安裝容易、標(biāo)定簡(jiǎn)單等許多優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)水位達(dá)到水位2時(shí)，若處于低計(jì)費(fèi)時(shí)段，可以立即啟動(dòng)，若處于高計(jì)費(fèi)段，則暫緩啟動(dòng)。當(dāng)水位繼續(xù)上升至水位3時(shí)，則不論電網(wǎng)如何，必須啟動(dòng)水泵。若水位繼續(xù)上升至水位4時(shí)，則表明一臺(tái)水泵的排水量已不足于排除礦井出水，必須啟動(dòng)第二臺(tái)水泵，兩臺(tái)水泵一齊排水，以礦井的最大排水能力來排除礦井出水。不論投入幾臺(tái)泵，水位必須下降到水位1方可停泵。上述水位1至水位4均由超聲液位計(jì)將模擬信號(hào)送入PLC，由PLC通過軟件標(biāo)定。分時(shí)計(jì)費(fèi)亦由PLC通過軟件標(biāo)定。
2.3 通訊功能
在該系統(tǒng)中，配備以太網(wǎng)通訊模塊及光纖以太網(wǎng)交換機(jī)等設(shè)備，可利用光纜記錄中央泵房中的水泵機(jī)組運(yùn)行狀況、參數(shù)、現(xiàn)場(chǎng)視頻、故障信息等，并上傳至地面控制室，再由地面控制室將信息公布到煤礦局域網(wǎng)中。管理人員經(jīng)過授權(quán)后，可在IE瀏覽器中登錄，又可通過任何一臺(tái)計(jì)算機(jī)連接局域網(wǎng)，進(jìn)入到用戶界面，查看相關(guān)信息，包括井下排水系統(tǒng)的工作狀態(tài)、運(yùn)行數(shù)據(jù)、現(xiàn)場(chǎng)視頻、故障信息等，進(jìn)而全面掌握現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行狀況。另外，根據(jù)不同的授權(quán)等級(jí)，高級(jí)用戶還可遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)無人值守，確保系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。
2.4 水泵設(shè)置
每臺(tái)水泵設(shè)置遠(yuǎn)控、自動(dòng)、手動(dòng)和檢修四種工作方式，工作方式可直接在本機(jī)上設(shè)定或由地面主機(jī)設(shè)定。當(dāng)水位達(dá)到高位或不在高位而處在用電低谷時(shí)間內(nèi)，將自動(dòng)啟動(dòng)運(yùn)行泵，當(dāng)達(dá)到低位或不在高位而處在用電高峰時(shí)間內(nèi)時(shí)自動(dòng)停泵。當(dāng)水位達(dá)到上限水位時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)“運(yùn)行泵”及“備用泵”，直到水位低于高位時(shí)停止“備用泵”只運(yùn)行“運(yùn)行泵”， 當(dāng)達(dá)到低位或不在高位而處在用電高峰時(shí)間內(nèi)時(shí)自動(dòng)停泵。
2.5 峰谷電價(jià)控制
在該系統(tǒng)運(yùn)行過程中，根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷以及供電部門的平段、峰段、谷段等時(shí)間段控制，在水位不高的狀況下，盡量做到“削峰填谷”，合理設(shè)定開水泵與停水泵時(shí)間，合理應(yīng)用電網(wǎng)信息，提高煤礦電網(wǎng)的運(yùn)行質(zhì)量。如果射流抽真空控制水泵的葉輪完全淹沒在水中，那么泵體內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生一定的真空度，滿足正常排水需要。否則，真空度不足，泵內(nèi)仍存有空氣，那么可能出現(xiàn)各種故障。在該系統(tǒng)中，采取真空泵抽真空的方式，滿足系統(tǒng)運(yùn)行需要。
3 煤礦井下中央泵房自動(dòng)化控制的工作環(huán)節(jié)
在煤礦井下的中央泵房自動(dòng)化控制中，主要分為幾大工作環(huán)節(jié)，具體分析如下：
1）自動(dòng)注水
只有當(dāng)葉輪完全淹沒在水中，水泵中才能保持一定的真空度，確保正常排水。如果真空度不足，那么泵內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生空氣，產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)部件被燒壞或者不上水問題。因此，在設(shè)備啟動(dòng)之前，進(jìn)行自動(dòng)注水，是水泵工作的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。在本方案中，采取噴射泵或者底閥抽真空，利用高精度的真空傳感器，對(duì)真空度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，其中流量與電流為真空度監(jiān)測(cè)的后備。
2）閘閥的操作
為了降低設(shè)備的啟動(dòng)功率，在操作水泵規(guī)程中，要求必須在出水閘閥關(guān)閉的狀況下使用離心式水泵。在停止運(yùn)行水泵時(shí)，為了減少水錘事故，應(yīng)將閘閥關(guān)閉，逐漸減少流動(dòng)速度，最終停車。。如果泵中已經(jīng)充滿水，以1號(hào)泵為例，具體實(shí)施過程為：先啟動(dòng)1號(hào)電機(jī)，將對(duì)應(yīng)電動(dòng)閥打開；停止后，現(xiàn)將電動(dòng)閥關(guān)閉，然后停止1號(hào)電機(jī)的運(yùn)行。
3）參數(shù)的傳輸
在操作臺(tái)的模擬屏上可模擬顯示水倉(cāng)水位、水泵流量、水泵壓力及電動(dòng)機(jī)、電磁閥和電動(dòng)閥的各種工作狀態(tài)。所有的檢測(cè)參數(shù)及工作狀態(tài)均可由井下PLC通過傳輸網(wǎng)絡(luò)傳送給地面計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)分析處理，在顯示器上模擬顯示，并做出曲線、報(bào)表，以利于地面管理人員作出正確判斷，向井下可編程控制器發(fā)出控制命令。
4）故障的保護(hù)
水泵電機(jī)容量大，耗電量高，屬一級(jí)負(fù)荷。因此，對(duì)排水設(shè)備自動(dòng)控制系統(tǒng)的安全性、可靠性要求較高。本系統(tǒng)設(shè)有以下幾種保護(hù)形式：（1）流量保護(hù)。當(dāng)水泵啟動(dòng)后或正常運(yùn)行中，如流量達(dá)不到正常值，通過流量保護(hù)裝置使本臺(tái)水泵停車，轉(zhuǎn)為啟動(dòng)另一臺(tái)水泵；（2）電動(dòng)機(jī)故障。PLC監(jiān)視水泵電機(jī)欠壓、過流、短路等故障，由高壓開關(guān)柜的綜合保護(hù)器提供，并參與控制；（3）電動(dòng)閘閥故障。由電動(dòng)機(jī)綜保監(jiān)視閘閥電機(jī)的主要保護(hù)并參與控制。
5）電動(dòng)機(jī)控制
在這一環(huán)節(jié)中，是綜合自動(dòng)化控制排水系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，主要包括接觸器、中間繼電器和PLC。通過與前面幾個(gè)環(huán)節(jié)的配合，結(jié)合水位實(shí)際情況，決定水泵的開停。為了避免由于長(zhǎng)期不使用備用閥而造成電機(jī)受潮或者其他故障，在緊急狀況下不能發(fā)揮效應(yīng)，甚至不利于礦井安全。因此，電動(dòng)機(jī)控制工作采取“輪換工作”，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障、及時(shí)修理，提高礦井安全。該系統(tǒng)根據(jù)開啟水泵的次數(shù)，根據(jù)一定順序開啟水泵。如果檢查到某臺(tái)設(shè)備存在故障，則該水泵退出輪換程序，其余各泵繼續(xù)按照輪換工作制運(yùn)行。
總之，該套中央泵房自動(dòng)化控制系統(tǒng)，已經(jīng)逐漸投入使用，運(yùn)行狀態(tài)較為穩(wěn)定，便于操作，既可滿足井下排水要求，也提高了煤礦井下的自動(dòng)化管理水平，實(shí)現(xiàn)了良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益，確保煤礦作業(yè)安全，具有一定的推廣價(jià)值。
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關(guān)鍵詞：煤礦電氣自動(dòng)化；控制系統(tǒng)；機(jī)械設(shè)備選型；優(yōu)化設(shè)計(jì)
中圖分類號(hào)：TD614 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-3520（2013）-12-0217-01
引言
煤礦企業(yè)在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，高安全性能、高效率的煤礦圣生產(chǎn)需要大量的數(shù)據(jù)資料和模型量的監(jiān)控設(shè)備來完成，例如：計(jì)算瓦斯含量，檢測(cè)實(shí)際通風(fēng)情況，控制礦井水泵的開合等。而基于PCL嵌入型電氣自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)可以適應(yīng)復(fù)雜的工作環(huán)境，也能夠?qū)崿F(xiàn)煤礦電氣設(shè)備的自動(dòng)化監(jiān)控。但是在構(gòu)建煤礦電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的過程中，如何優(yōu)化設(shè)計(jì)，如何降低煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的構(gòu)建成本，如何提升監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性是煤礦企業(yè)目前面臨的主要問題。筆者針對(duì)煤礦企業(yè)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中機(jī)械設(shè)備的優(yōu)化選型和結(jié)構(gòu)優(yōu)化進(jìn)行研究。
1.優(yōu)化煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中機(jī)械設(shè)備的選型
1.1確定煤礦電氣自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)規(guī)模
按照煤礦實(shí)際規(guī)模和煤礦自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)規(guī)模來決定PLC機(jī)械設(shè)備的選型。例如：西門子公司生產(chǎn)的PLC產(chǎn)品，假設(shè)只需要對(duì)瓦斯?jié)舛鹊臋z測(cè)過程進(jìn)行控制，可選擇SIEMENSS7-200等機(jī)械設(shè)備。假設(shè)需要結(jié)合煤礦井的水位變化情況來決定水泵機(jī)房的具體工作情況，這主要包括了復(fù)雜的邏輯型控制和閉環(huán)型控制，這就需要選擇SIEMENSS7-300等機(jī)械設(shè)備；而結(jié)合礦井下的瓦斯?jié)舛群推渌麉?shù)對(duì)井下工作人員進(jìn)行科學(xué)化的管理，這會(huì)涉及到通信、智能化檢測(cè)和控制，這需要選擇大型的PLC產(chǎn)品。
1.2明確I/O點(diǎn)的種類
按照煤礦電氣自動(dòng)化控制的具體要求和被監(jiān)控對(duì)象的復(fù)雜情況，對(duì)機(jī)械設(shè)備的I/O點(diǎn)的種類和數(shù)量進(jìn)行詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)，并列出清單；再通過估計(jì)系統(tǒng)的監(jiān)控內(nèi)容容量來明確需要保留軟件和硬件資源的余量，同時(shí)需要充分注意不能過度浪費(fèi)資源。此外，還需要按照煤礦實(shí)際供電情況來明確機(jī)械設(shè)備輸出點(diǎn)的具體動(dòng)作頻率，進(jìn)而判斷出輸出端口是采用繼電器輸出或是利用晶體管來完成輸出工作。
1.3選擇適合的軟件編程工具
從目前情況來看，煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的軟件編程工具包括了手持編程工具、計(jì)算機(jī)加PLC包、圖形編程工具等主要方式。（一）手持編程工具只適用于廠家明文規(guī)定的語句表的編程中，這種工具的工作效率較低，只能用在小規(guī)模的PLC的編程中。（二）計(jì)算機(jī)加PLC包屬于效率最高的編程方式，但這種編程方式的單價(jià)較高，并不適用于操作現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。通常情況下在大型或中型煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中進(jìn)行軟件編程和硬件組態(tài)工作，為進(jìn)一步提升機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)化控制效率，要求結(jié)合具體情況，選擇是適合的軟件編程工具。
2.優(yōu)化煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
2.1硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化
硬件結(jié)構(gòu)作為整個(gè)煤礦電子自動(dòng)化控制系統(tǒng)的核心部件，對(duì)整個(gè)煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)起著直接的影響。所以需要對(duì)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。因?yàn)槭褂靡蟮牟煌褂玫挠布矔?huì)出現(xiàn)一定的差異，而本文針對(duì)所有控制系統(tǒng)需要高度關(guān)注的輸出電路、輸入電路和系統(tǒng)抗干擾部件等進(jìn)行研究。
（一）針對(duì)系統(tǒng)輸出電路進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)于系統(tǒng)的輸出電路進(jìn)行優(yōu)化，需要結(jié)合煤礦生產(chǎn)的具體要求，對(duì)所有指示標(biāo)志與調(diào)速設(shè)備等均需要利用晶體管來完成輸出工作，使得它能夠負(fù)荷高頻率的動(dòng)作，并提升了響應(yīng)的速度。例如：煤礦水泵機(jī)房電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的PLC系統(tǒng)輸出率假設(shè)控制在5次/min以下，能夠利用繼電器進(jìn)行輸出，這種設(shè)計(jì)方式可以保證電路的簡(jiǎn)單化，并能夠提高抗干擾能力和帶負(fù)載能力。但是假設(shè)PLC系統(tǒng)輸出帶電磁線圈在斷電時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)浪涌電流，使得PLC芯片受到損壞。所以為防止這種問題的發(fā)生，能夠在其他的電路盤并能連接流二極管，使得它能夠吸收浪涌電流，并對(duì)PLC芯片起到很好的保護(hù)。假設(shè)PLC系統(tǒng)動(dòng)作頻率控制在6次/min到10次/min之間，也可以利用繼電器來完成輸出工作，但是通常情況下利用固態(tài)型繼電器或中間式繼電器有效控制水泵房的開合。
（二）針對(duì)系統(tǒng)輸入電路進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)于系統(tǒng)的輸入電路進(jìn)行優(yōu)化，重點(diǎn)考慮PLC系統(tǒng)供電電源，通常情況下，是控制在交流90到250V之間，這具備了加強(qiáng)的寬幅適用性能。但是因?yàn)榈V井下工作環(huán)境較為復(fù)雜、惡劣，且我國(guó)現(xiàn)階段供電的不穩(wěn)定，所以為了實(shí)現(xiàn)抗干擾目的，保障系統(tǒng)的安全運(yùn)行，要求在輸入電路部件中安裝電源凈化設(shè)備，例如：安裝電源濾波器、隔離變壓器等。
（三）抗干擾的優(yōu)化設(shè)計(jì)。系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)是所有煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)需要引起高度關(guān)注的問題。而對(duì)抗干擾進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)可以從二點(diǎn)出入：其一，利用隔離變壓器進(jìn)行抗干擾優(yōu)設(shè)計(jì)。電網(wǎng)中存在高頻率干擾主要是由于原副邊繞組間的分布式電容耦合形成，因此要求利用超隔離變壓器，并把中性點(diǎn)通過電容和地面連接起來。其二，優(yōu)化布線。利用強(qiáng)點(diǎn)動(dòng)力線路或是弱電信號(hào)線方式分開走線，并保證這之間有一定的間距，從而起到較好的抗干擾效果。
2.2軟件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)
軟件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)可以與硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一同進(jìn)行，其關(guān)鍵工作在于按照煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)送的基本步驟，把軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化成梯形圖，這也屬于PLC系統(tǒng)在電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的具體應(yīng)用中出現(xiàn)的主要問題。對(duì)軟件結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)主要從兩點(diǎn)出發(fā)：其一，對(duì)軟件程序設(shè)計(jì)過程進(jìn)行優(yōu)化，而這關(guān)鍵在于對(duì)I/O點(diǎn)的優(yōu)化。按照煤礦電氣自動(dòng)化控制喜用的具體要求分配I/O點(diǎn)，最大限度地實(shí)現(xiàn)I/O信號(hào)的集中編制，進(jìn)而全面提高系統(tǒng)的維護(hù)質(zhì)量。其二，對(duì)軟件結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，包括了對(duì)基礎(chǔ)程序與模塊的優(yōu)化設(shè)計(jì)。在實(shí)際的煤礦生產(chǎn)過程中，把煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的控制對(duì)象分為數(shù)個(gè)模塊，再對(duì)其進(jìn)行調(diào)試與編寫，最后把它們組合成一個(gè)完成的軟件程序。對(duì)于模塊的優(yōu)化設(shè)計(jì)使得煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)調(diào)整起來更加方便。
【關(guān)鍵詞】電氣自動(dòng)化；機(jī)械設(shè)備；煤礦
隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展前景是很樂觀的，很多企業(yè)都在想怎樣才能將自動(dòng)化技術(shù)運(yùn)用到生產(chǎn)當(dāng)中，如果能夠?qū)崿F(xiàn)，那么是有很多優(yōu)點(diǎn)的，既使工人們省了力氣也會(huì)收集很多更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，便于以后對(duì)自動(dòng)化技術(shù)的研究，使在這方面有更好的發(fā)展，同時(shí)也避免了更多的工人們長(zhǎng)期處在惡劣工作環(huán)境當(dāng)中，這樣也增加了對(duì)工人們的安全保障。我國(guó)煤礦生產(chǎn)的機(jī)械設(shè)備已經(jīng)有了很大發(fā)展，盡管和發(fā)達(dá)國(guó)家相比比較落后，另一方面也是由于從事這方面的人員不是很多，環(huán)境的不好也給工人帶來很多麻煩，同時(shí)還危害公人的身體健康，因此在國(guó)外吸取了很多的經(jīng)驗(yàn)，在煤礦中應(yīng)用了電氣自動(dòng)化技術(shù)，很大的提高了效率。本文主要針對(duì)煤礦機(jī)械自動(dòng)化設(shè)備技術(shù)問題進(jìn)行了研究，從目前來看，自動(dòng)化設(shè)備的技術(shù)問題成為未來要發(fā)展的目標(biāo)。
1 煤礦采掘機(jī)械的電氣自動(dòng)化
1.1 就最近幾年情況來看，很多國(guó)家使用的煤礦采掘機(jī)械慢慢的向電牽引的方向發(fā)展，一些城市也取得了一定的成果。目前，有一些采掘機(jī)械已經(jīng)開始利用電機(jī)來驅(qū)動(dòng)它的系統(tǒng)，其中電機(jī)主要采用橫向的方式安裝，容量也越來越大，現(xiàn)在有一些國(guó)家的采掘機(jī)械總的功率已經(jīng)達(dá)到1000千瓦左右，電機(jī)的功率也有120千瓦，另外，使用交流電牽引電機(jī)效率很高，也是一種可靠的方法，現(xiàn)在對(duì)環(huán)境的保護(hù)也是不容忽視的，它還有著很大的抵抗污染的能力，接寫的維護(hù)也是很方便的，所以很多企業(yè)都想采用這種方法。
1.2 自動(dòng)化控制技術(shù)的核心技術(shù)用另一種方法說就是計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)，另外還會(huì)用一些傳感器技術(shù)和故障診斷技術(shù)。自動(dòng)化控制技術(shù)有效率高、精確度高、可靠性強(qiáng)的三大特點(diǎn)。煤礦的運(yùn)輸工作也慢慢地發(fā)展。向多樣式的方向靠近，有一些國(guó)家已經(jīng)開始使用雙速電機(jī)了，而且還想利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控。
1.3 我國(guó)的煤礦機(jī)械電器設(shè)備自動(dòng)化控制相對(duì)于發(fā)達(dá)國(guó)家而言是比較落后的，而且電牽引目前還沒有發(fā)展起來，我國(guó)目前仍然以液牽引方式為主要方法，現(xiàn)在在我國(guó)，雖然也有一些機(jī)構(gòu)試圖想要研制國(guó)產(chǎn)的電牽引采煤機(jī)，但是再投入使用過程中發(fā)現(xiàn)還是有很大缺陷的，運(yùn)作的能力太低而且強(qiáng)度很低，而且運(yùn)煤量特別少，很多系統(tǒng)正在研制，故障診斷技術(shù)也剛開始起步，無論從什么方面看，我國(guó)煤礦機(jī)械電氣設(shè)備自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用都是很落后的，需要進(jìn)一步的研究和發(fā)展。
1.4 液壓支架逐漸依靠計(jì)算機(jī)技術(shù)選擇使用電壓控制以及高壓流量的供液系統(tǒng)，就是由于有了這些方面才能使煤礦的生產(chǎn)更加有高的效率。
2 煤礦運(yùn)輸提升
20世紀(jì)以來，我國(guó)煤礦企業(yè)的開采量慢慢增加，對(duì)于井下的運(yùn)輸，大多數(shù)企業(yè)都使用膠帶運(yùn)輸?shù)姆椒ǎ⑶以谶@方面已經(jīng)取得了成效，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在很多技術(shù)都需要利用計(jì)算機(jī)來解決，研究的監(jiān)控的系統(tǒng)在使用中也取得了很好的效果，盡管有些地方不是很完美，但是還是有一定的提高。隨著電氣自動(dòng)化的發(fā)展，在采煤方面利用比較先進(jìn)的技術(shù)已經(jīng)取得了很大的成效，他們開始使用PLC作為中心控制器，工藝有所增加，進(jìn)一步的完善了提升機(jī)安全運(yùn)行方面的問題。在高科技快速發(fā)展的今天，計(jì)算機(jī)的發(fā)展是信息化設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)備應(yīng)用的必要環(huán)節(jié)。目前，我國(guó)的煤礦事業(yè)與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還是很落后的，因此，國(guó)家應(yīng)該制定一些政策并且給一定的技術(shù)支持，慢慢的將我國(guó)的煤礦機(jī)械電氣設(shè)備自動(dòng)化控制技術(shù)發(fā)展起來，將它運(yùn)用到實(shí)踐中，現(xiàn)在，國(guó)家對(duì)煤礦開采的安全行和信息化建設(shè)提出了更高的要求，使信息化設(shè)計(jì)在煤礦技術(shù)中占據(jù)的地位變的越來越高。
3 煤礦安全、監(jiān)控系統(tǒng)
我國(guó)的安全系統(tǒng)和制造技術(shù)有很多都是從國(guó)外引進(jìn)的，在使用國(guó)外技術(shù)時(shí)我國(guó)也在慢慢的研究，已經(jīng)研究出許多技術(shù)，相對(duì)于其他國(guó)家也有了一定的進(jìn)步。另外，在我國(guó)的煤礦企業(yè)中，安全監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)開始使用了。也有很多監(jiān)控裝置，這字兒已經(jīng)能滿足了我國(guó)煤礦生產(chǎn)的要求，但是我國(guó)還有很多不足之處，傳感器的種類很少并且壽命短，工作穩(wěn)定性很差，但是需要維護(hù)的工作量很大，這些都使監(jiān)控系統(tǒng)缺乏安全性。因此我國(guó)還要加大研究。對(duì)煤礦機(jī)械設(shè)備進(jìn)行信息化設(shè)計(jì)還能提高工作效率，信息化設(shè)計(jì)使之有很大的發(fā)展，同時(shí)也降低了工作時(shí)間，提高了經(jīng)濟(jì)效益，所以要深刻研究信息化設(shè)計(jì)，慢慢的使中國(guó)在這方面有所發(fā)展。煤礦企業(yè)本身就是危險(xiǎn)的，因此煤礦的安全也是讓人們非常重視的，在施工時(shí)一定要時(shí)刻監(jiān)控，以免發(fā)生意外，因此要在煤礦安全和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)上多研究。
4 電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用
目前，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛應(yīng)用簡(jiǎn)化了辦公平臺(tái)并且讓人容易接受，電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用并且需要結(jié)合設(shè)計(jì)方法分析一下，這就是目前電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用，綜合電氣自動(dòng)化控制的設(shè)計(jì)，需要有監(jiān)控設(shè)備，實(shí)際上，電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)是分散的，它的系統(tǒng)是呈現(xiàn)不斷發(fā)展的趨勢(shì)的。
5 結(jié)語
科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，如果想要促進(jìn)煤礦產(chǎn)業(yè)的安全發(fā)展、提高煤礦機(jī)械設(shè)備電氣自動(dòng)化水平設(shè)橫重要的，因此只有掌握了煤礦企業(yè)發(fā)展的核心技術(shù)，只有這樣才能與科學(xué)技術(shù)共同發(fā)展，使我國(guó)的地位慢慢和國(guó)際接軌，在這個(gè)行業(yè)中處于領(lǐng)先地位，現(xiàn)在，煤礦企業(yè)的關(guān)鍵是要加快電氣自動(dòng)化技術(shù)在煤礦機(jī)械設(shè)備中的使用，煤礦生產(chǎn)自動(dòng)化技術(shù)在煤礦行業(yè)會(huì)慢慢的發(fā)展，而且占有很重要的部分，因此，本文從四個(gè)方面說明了煤礦機(jī)械電氣設(shè)備自動(dòng)化控制技術(shù)的重要性。
【參考文獻(xiàn)】
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關(guān)鍵詞：煤礦；控制系統(tǒng)；電氣自動(dòng)化；設(shè)計(jì)策略
【分類號(hào)】：TD94
1自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展
煤礦自動(dòng)化的發(fā)展己有了幾十年的歷史，從單機(jī)（系統(tǒng)）自動(dòng)化、礦山綜合自動(dòng)化（數(shù)字礦山）發(fā)展到礦山物聯(lián)網(wǎng)（智能礦山、智慧礦山、感知礦山）。近些年來，有關(guān)煤礦自動(dòng)化的新名詞、新概念層出不窮，除了上面己列出的名詞外，還有礦山數(shù)字化、礦山信息化（信息化礦山）等，令人眼花繚亂。實(shí)際上，自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展是有規(guī)律的、是循序漸進(jìn)的，不會(huì)受這些人造名詞或概念的左右。
2 煤礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
2.1 帶式運(yùn)輸集中控制系統(tǒng)
20世紀(jì) 80年代以來， 帶式運(yùn)輸逐步成為我國(guó)高產(chǎn)高效礦井煤炭運(yùn)輸?shù)闹饕绞剑?因而能否實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的安全高效運(yùn)行， 直接影響煤礦生產(chǎn)，局限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)和裝備水平， 我國(guó)煤礦帶式輸送機(jī)的控制仍以就地控制為主， 每部輸送機(jī)都有各自的控制系統(tǒng)， 分散操作， 這種控制方式不僅需要較多的人力， 而且工人勞動(dòng)環(huán)境條件差， 不具備對(duì)故障的記錄及綜合分析等功能， 各種保護(hù)信號(hào)只能就地顯示， 不便于科學(xué)管理。
為了保障煤炭安全運(yùn)輸， 降低運(yùn)輸事故， 實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效， 提高煤礦現(xiàn)代化管理程度， 國(guó)內(nèi)科研院所、高校、生產(chǎn)廠家將計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、工業(yè)電視技術(shù)、光纖通信技術(shù)和電力電子技術(shù)等高新技術(shù)應(yīng)用于煤礦帶式輸送機(jī)控制中。目前，國(guó)內(nèi)有多家生產(chǎn)和成套帶式運(yùn)輸集中控制系統(tǒng)， 其總的設(shè)計(jì)思路相似， 具體的技術(shù)應(yīng)用各有特色。在天地王坡煤礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)自動(dòng)化示范工程中， 天地科技股份有限公司高新技術(shù)事業(yè)部對(duì)其多部帶式輸送機(jī)的集中控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)成套， 其設(shè)計(jì)的主要原則是： 以地面計(jì)算機(jī)統(tǒng)一控制為主， 井下監(jiān)控為輔的控制方式， 系統(tǒng)采用分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)， 控制系統(tǒng)由地面遠(yuǎn)程集中監(jiān)控中心、井下和井上若干個(gè)控制分站組成， 通過 PROFIBUS總線聯(lián)網(wǎng)傳輸信息。地面、井下的圖像和數(shù)據(jù)采用光纖傳輸。地面控制中心由 2臺(tái) IPC工控機(jī)、大屏幕、打印機(jī)等組成， 2臺(tái)工控機(jī)采用冗余技術(shù)互為備用。井下控制由多個(gè)控制分站組成， 采用可編程控制器為核心的防爆兼本安型帶式輸送機(jī)自動(dòng)控制裝置。
該系統(tǒng)由于實(shí)現(xiàn)了帶式輸送機(jī)的集中控制和監(jiān)視， 可達(dá)到減員增效、大幅減少故障提高開機(jī)率；通過工業(yè)控制計(jì)算機(jī)等多種先進(jìn)的技術(shù)手段并輔以工業(yè)電視， 提供了完善的監(jiān)控手段， 操作人員能實(shí)時(shí)掌握帶式輸送機(jī)的運(yùn)行工況， 充分保證了煤流運(yùn)輸?shù)倪B續(xù)性和安全可靠運(yùn)行； 達(dá)到了高起點(diǎn)、高技術(shù)、高質(zhì)量、高效益、高效率的目標(biāo)， 其技術(shù)水平先進(jìn)， 達(dá)到了示范性的作用。
2.2選煤廠監(jiān)控系統(tǒng)
改革開放以來， 我國(guó)選煤廠控制系統(tǒng)大致經(jīng)歷了基于單片機(jī)的單機(jī)自動(dòng)化控制、基于工控機(jī)和過程儀表的集散式控制、基于 PLC 的分布式集中控制 3個(gè)階段。近十年來， 在選煤廠自動(dòng)化應(yīng)用領(lǐng)20域， PLC己成為選煤廠自控系統(tǒng)的基本電控裝置。20世紀(jì) 90年代后期， 隨著選煤廠規(guī)模的大型化和計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展， 選煤廠自動(dòng)化技術(shù)水平也得到很大的提高。
選煤廠屬于典型的流程工業(yè)系統(tǒng)， 同其他流程工業(yè)系統(tǒng)一樣， 目前正在由簡(jiǎn)單控制向先進(jìn)控制、智能控制， 由單一控制向綜合自動(dòng)化方向即 CIPS方向發(fā)展， 選煤廠的集控系統(tǒng)已不是純粹的生產(chǎn)過程集中控制的概念， 而是更多地?fù)?dān)負(fù)著數(shù)據(jù)信息處理功能， 選煤廠自動(dòng)化已不限于生產(chǎn)過程的控制，而是給系統(tǒng)賦予了生產(chǎn)管理職能， 綜合自動(dòng)化、信息網(wǎng)絡(luò)化已成為選煤廠控制和管理的發(fā)展方向。在天地王坡煤礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)自動(dòng)化示范工程中， 天地科技股份有限公司高新技術(shù)事業(yè)部設(shè)計(jì)成套的選煤廠監(jiān)控系統(tǒng)主要由全廠集中控制系統(tǒng)、工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)、生產(chǎn)調(diào)度電話系統(tǒng)、工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)信息管理系統(tǒng)組成。全廠總體網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)為 3層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：（ 1） 上層為公司網(wǎng)絡(luò)， 作為信息層， 選煤廠計(jì)算機(jī)信息管理系統(tǒng)定位為全礦井管理信息系統(tǒng)的一個(gè)組成部分。（ 2） 中間層是控制層， 由全廠生產(chǎn)集中控制系統(tǒng)和工藝參數(shù)閉環(huán)控制系統(tǒng)組成， 作為全廠生產(chǎn)集中控制系統(tǒng)和工藝參數(shù)閉環(huán)控制系統(tǒng)人機(jī)界面的監(jiān)控計(jì)算機(jī)： 通過百兆以太網(wǎng)上聯(lián)全廠信息管理系統(tǒng)， 作為信息管理網(wǎng)絡(luò)的工作站； 通過百兆以太網(wǎng)下聯(lián) PLC， 與原煤準(zhǔn)備、主洗集控 （含各工藝閉環(huán)調(diào)節(jié) ）、煤泥水處理、裝車站等構(gòu)成控制層。（ 3） 下層為設(shè)備層， 設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)采用現(xiàn)場(chǎng)總線連接。選煤廠工業(yè)電視系統(tǒng)的控制和通信調(diào)度的維護(hù)終端均整合在上位機(jī)上， 實(shí)現(xiàn)集中生產(chǎn)調(diào)度。
信息管理系統(tǒng)組成及結(jié)構(gòu)充分體現(xiàn)一種以人為本的先進(jìn)的管理思想。根據(jù)選煤廠生產(chǎn)管理的特殊性， 更加注重與生產(chǎn)的緊密結(jié)合， 貫徹 、 管控一體化的思想， 將集控系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，進(jìn)行綜合處理和分析， 從而提高生產(chǎn)和管理效率。系統(tǒng)涉及生產(chǎn)技術(shù)管理、調(diào)度生產(chǎn)管理、生產(chǎn)計(jì)劃統(tǒng)計(jì)、機(jī)電設(shè)備管理、物資供應(yīng)管理、在線監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)管理等方面。每個(gè)子系統(tǒng)處理相應(yīng)的業(yè)務(wù)流程并產(chǎn)生表單供網(wǎng)上查詢， 還可根據(jù)需要生成報(bào)表。
3結(jié)語
綜上所述，在社會(huì)文明不斷進(jìn)步的影響下，煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)得以廣泛的應(yīng)用，這大大地提高了煤礦的安全生產(chǎn)管理能力和生產(chǎn)效率。然而，煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)具有多樣化的實(shí)施策略，成本與效率也是不一樣的，因此，創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)，這是減少系統(tǒng)成本支出和提高系統(tǒng)運(yùn)行效率的必然趨勢(shì)，此外，還應(yīng)當(dāng)避免重復(fù)性的設(shè)計(jì)并加強(qiáng)設(shè)計(jì)實(shí)踐。
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[關(guān)鍵詞]煤礦電氣自動(dòng)化 單片機(jī) 控制技術(shù) 重要作用
中圖分類號(hào)：TP368.12；TM921.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）09-0393-01
引言
現(xiàn)今煤礦中電氣控制系統(tǒng)一般都由發(fā)動(dòng)機(jī)、控制裝置和電氣控制系統(tǒng)組成，其中電氣控制是系統(tǒng)控制的主導(dǎo)，電氣控制使得整個(gè)系統(tǒng)在控制時(shí)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化自動(dòng)控制。在實(shí)際運(yùn)行過程中首先要對(duì)機(jī)械的結(jié)構(gòu)進(jìn)行仔細(xì)的了解，并清楚機(jī)械運(yùn)行的基本情況，同時(shí)還包括對(duì)機(jī)械在生產(chǎn)過程中的各種操作要求的熟悉，因此機(jī)械結(jié)構(gòu)和機(jī)械生產(chǎn)的全過程情況也能夠更加明確。單片機(jī)在煤礦電氣自動(dòng)化控制技術(shù)中的應(yīng)用非常廣泛，我國(guó)煤礦的現(xiàn)代化進(jìn)程的加快很大程度是因?yàn)閱纹瑱C(jī)的應(yīng)用，使我國(guó)煤礦產(chǎn)量得到了很大程度的提升，我國(guó)機(jī)械化技術(shù)和水平也因?yàn)閱纹瑱C(jī)的應(yīng)用得到了突破性的發(fā)展，因?yàn)樽詣?dòng)化控制技術(shù)的逐漸成熟，煤礦中的電氣化應(yīng)用也更加廣泛，機(jī)電設(shè)備自身的自動(dòng)化和可靠性都因?yàn)殡姎饣詣?dòng)技術(shù)的應(yīng)用得到了明顯提高，企業(yè)在發(fā)展過程中也更具高效、快速的保障。
1 單片機(jī)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)在我國(guó)的煤礦中的應(yīng)用
我國(guó)經(jīng)濟(jì)能夠得以快速的發(fā)展很大程度上來講都是因?yàn)槲覈?guó)煤礦經(jīng)濟(jì)發(fā)展所促使的，我國(guó)的能源和社會(huì)的穩(wěn)定性都和煤礦經(jīng)濟(jì)有重要的關(guān)聯(lián)，而電氣自動(dòng)化控制技術(shù)在煤礦中的充分利用，使得煤礦業(yè)在發(fā)展的過程中更具經(jīng)濟(jì)效益。單片機(jī)是電氣自動(dòng)化控制技術(shù)中最為核心的技術(shù)，隨著單片機(jī)在電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的普及，使得我國(guó)煤礦業(yè)加快了自身的發(fā)展速度。但因?yàn)槊旱V行業(yè)經(jīng)常會(huì)在各種不同環(huán)境下作業(yè)，各種設(shè)備容易在作業(yè)的過程中被損壞，使得各種煤礦電氣設(shè)備自身的使用壽命大大縮短。因此對(duì)煤礦設(shè)備的管理對(duì)于煤礦的安全生產(chǎn)來說是必不可少的工作，對(duì)設(shè)備的安全管理能夠最大限度保證煤礦生產(chǎn)全過程有安全性的保障，同時(shí)還能夠顯著提高煤礦的產(chǎn)量。
2 煤礦設(shè)備對(duì)單片機(jī)的選擇
2.1 PIC單片機(jī)的概述和特點(diǎn)
在選擇單片機(jī)的過程中首先要結(jié)合實(shí)際的生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行仔細(xì)的分析，也是保證單片機(jī)在煤礦設(shè)備中發(fā)揮最大化作用的基礎(chǔ)。單片機(jī)在使用過程中一定要做好防水工作，同時(shí)還要保障單片機(jī)在使用過程中不會(huì)出現(xiàn)漏電的情況。現(xiàn)今應(yīng)用最為普遍的單片機(jī)是51系列。對(duì)于井下作業(yè)的設(shè)備，一般PIC系列的單片機(jī)是最為合適的選擇，PIC單片機(jī)自身就具有很好的防水特點(diǎn)，在實(shí)際使用過程中還能夠良好地應(yīng)對(duì)漏電現(xiàn)象的出現(xiàn)。PIC單片機(jī)自身在使用過程中還能明顯增加用功，并且LED負(fù)載也能夠被PIC單片機(jī)直接帶動(dòng)；在生產(chǎn)過程中耗能非常低，并且能夠達(dá)到很高的出產(chǎn)率。PIC 單片機(jī)還能夠?qū)崟r(shí)進(jìn)行漏電保護(hù)，一些簡(jiǎn)單和功能較為明晰的設(shè)備PIC單片機(jī)都能夠直接進(jìn)行配置。PIC單片機(jī)還能夠在運(yùn)行過程中體現(xiàn)出自身較強(qiáng)的抗干擾性。
2.2 現(xiàn)基于PIC單片機(jī)電氣設(shè)備在煤礦中的應(yīng)用
現(xiàn)今我國(guó)煤礦領(lǐng)域中的自動(dòng)化在發(fā)展過程中技術(shù)有了很大程度的提高，在對(duì)煤礦開采的過程中所運(yùn)用的自動(dòng)化設(shè)備也越來越多。現(xiàn)今PIC單片機(jī)在自動(dòng)化設(shè)備中應(yīng)用最為廣泛，在使用PIC單片機(jī)自動(dòng)化設(shè)備之后，煤礦的開采量和開采效率都有很大程度的提升，煤礦中的各種未處理技術(shù)以及電子技術(shù)在使用PIC單片機(jī)之后都能夠?qū)崿F(xiàn)良好的相互兼容。因此PIC單片機(jī)應(yīng)該加大推廣力度，以此煤礦企業(yè)才能夠在保證安全的前提下提高生產(chǎn)效率。
3 單片機(jī)中的硬件和工作原理
3.1 單片機(jī)工作的基本原理
現(xiàn)今煤礦電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中基本都運(yùn)用了單片機(jī)，單片機(jī)在系統(tǒng)中主要作用是對(duì)系統(tǒng)中所有設(shè)備實(shí)時(shí)進(jìn)行保護(hù)。起保護(hù)過程中主要將檢測(cè)出的電信號(hào)通過處理變成電壓信號(hào)，再通過自身系統(tǒng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，將其轉(zhuǎn)化為0.5V的電壓信號(hào)以備使用，將型號(hào)傳送至CPU傳送過程的必然現(xiàn)象，能夠直接使用的數(shù)字信號(hào)都是CPU轉(zhuǎn)化之后形成的，在電腦中對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理之后，而后將信號(hào)在屏幕上顯示，要完成工作還必須對(duì)信號(hào)進(jìn)行閉鎖，這便是單片機(jī)在運(yùn)行過程中的基本運(yùn)行原理。
3.2 組成單片機(jī)的硬件
現(xiàn)今運(yùn)用了單片機(jī)的自動(dòng)化系統(tǒng)都擁有極強(qiáng)的可靠性和安全性，在對(duì)設(shè)備維護(hù)的過程中的工作量也相當(dāng)小，電源、漏電閉鎖器、儲(chǔ)存器以及通信器這四個(gè)主要模塊構(gòu)成了整個(gè)單片機(jī)，其中每個(gè)模塊在單片機(jī)中都有不可或缺的重要作用。
4 單片機(jī)在煤礦電氣自動(dòng)化控制技術(shù)中的應(yīng)用
4.1 單片機(jī)的漏電保護(hù)作用
單片機(jī)在煤礦電氣自動(dòng)化控制技術(shù)中的重要作用包括了漏電保護(hù)，如下是漏電保護(hù)的基本原理：在絕緣電阻的阻值下降到一定程度之后，便會(huì)驅(qū)動(dòng)繼電器開始工作，并且發(fā)出指令讓總電開關(guān)將電力切斷。充分利用好單片機(jī)的擊落判斷功能。在系統(tǒng)穩(wěn)定之后再對(duì)系統(tǒng)電源進(jìn)行仔細(xì)的檢查，以此將問題迅速解決。在此過程中漏電保護(hù)裝置會(huì)持續(xù)運(yùn)行相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，并且產(chǎn)生很大的電流量，系統(tǒng)安全也會(huì)因此受到很大程度的影響。若要使漏電保護(hù)能夠?qū)崿F(xiàn)自身的選擇性，就要結(jié)合零序電流和直流電源。而后將單片機(jī)的計(jì)算能力充分利用起來，對(duì)其進(jìn)行仔細(xì)的測(cè)量。電阻在工作的過程中若能夠穩(wěn)定并具有良好的選擇性，系統(tǒng)自身的可靠性能夠得到很大程度的提升，并且能夠有效減小停電范圍。
4.2 單片機(jī)在風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用
煤礦在生產(chǎn)和開采過程中應(yīng)用的重要設(shè)備之一也包括風(fēng)機(jī)。風(fēng)機(jī)運(yùn)行的主要作用就是為礦井下的生產(chǎn)提供足夠的氧氣。不同環(huán)境中煤礦生產(chǎn)對(duì)風(fēng)機(jī)都會(huì)有不同的要求。而解決這些問題的最好方式便是將先前的勻速供風(fēng)轉(zhuǎn)化成調(diào)速供風(fēng)。在不同環(huán)境下的煤礦生產(chǎn)供風(fēng)要求都能夠得到滿足，而控風(fēng)系統(tǒng)中普遍都采用了單片機(jī)，基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的要求都能夠給予最大化滿足，控制系統(tǒng)在采用了單片機(jī)之后，先前復(fù)雜的系統(tǒng)也變得更加簡(jiǎn)單，以硬件為主的邏輯電路很大部分都被軟件所取代，系統(tǒng)在運(yùn)行過程中也能夠更具可靠性，并且能夠在系統(tǒng)造價(jià)上節(jié)約很多成本。
5 結(jié)束語
隨著近年我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)與科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，煤礦電氣自動(dòng)化也加快了自身的發(fā)展腳步，煤礦電力系統(tǒng)中的單片機(jī)對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)而言有不可替換的重要作用，煤礦電力系統(tǒng)因?yàn)閱纹瑱C(jī)的存在，系統(tǒng)的編程和運(yùn)算效率得到了顯著的提升，單片機(jī)是電氣自動(dòng)化控制技術(shù)中最為核心的技術(shù)，隨著單片機(jī)在電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的普及，使得我國(guó)煤礦業(yè)加快了自身的發(fā)展速度。單片機(jī)在煤礦電氣自動(dòng)化控制技術(shù)中的應(yīng)用非常廣泛，我國(guó)煤礦的現(xiàn)代化進(jìn)程的加快很大程度是因?yàn)閱纹瑱C(jī)的應(yīng)用，使我國(guó)煤礦產(chǎn)量得到了很大程度的提升，我國(guó)機(jī)械化技術(shù)和水平也因?yàn)閱纹瑱C(jī)的應(yīng)用得到了突破性的發(fā)展，因?yàn)樽詣?dòng)化控制技術(shù)的逐漸成熟，煤礦中的電氣化應(yīng)用也更加廣泛，機(jī)電設(shè)備自身的自動(dòng)化和可靠性都因?yàn)殡姎饣詣?dòng)技術(shù)的應(yīng)用得到了明顯提高，企業(yè)在發(fā)展過程中也更具高效、快速的保障。
參考文獻(xiàn)
[1]張自友.單片機(jī)在煤礦電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用[J].煤炭技術(shù)，2012，31（7）：44-45.
【關(guān)鍵詞】煤礦；直流提升機(jī)；自動(dòng)化控制；信息化
礦井提升機(jī)主要承擔(dān)礦物的提升、人員的上下和材料的運(yùn)送等任務(wù)，它應(yīng)能按照預(yù)定的力圖和速度圖，在四象限實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)啟動(dòng)、等速運(yùn)行、減速運(yùn)行、爬行和停車，而且在運(yùn)行過程中要有極高的可靠性[1]。原系統(tǒng)已經(jīng)嚴(yán)重地制約了礦山的生產(chǎn)安全，急切需要制造出一種安全可靠，性能優(yōu)良且又節(jié)電的新型驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 由于存在著以上不足， 使得繼電器-接觸器電控系統(tǒng)提升機(jī)隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而不斷的處于被淘汰的位置。
1.煤礦主井直流提升機(jī)的自動(dòng)化控制
1.1主回路
主回路由高壓配電系統(tǒng)、整流變壓器、可控硅整流裝置、快開、電抗器等構(gòu)成，采用電樞電流換向（電樞可逆），磁場(chǎng)電流單向的方式；也可采用電樞電梳單向。磁場(chǎng)電流換向的方式。為減少電網(wǎng)的無功沖擊和高次諧波的干擾，電樞回路配置成串聯(lián)12脈動(dòng)順控。
1.2全數(shù)字調(diào)節(jié)部分
全數(shù)字調(diào)節(jié)部分以高性能單片機(jī)為核心，主要功能有：
（1）完成提升機(jī)速度和電流雙閉環(huán)調(diào)節(jié)，如：①預(yù)設(shè)速度基準(zhǔn)值；②限制加、減速過程的沖擊；⑧速度自動(dòng)調(diào)節(jié)；④電樞電流自動(dòng)調(diào)節(jié)；⑤磁場(chǎng)電流自動(dòng)調(diào)節(jié)；⑥預(yù)設(shè)電流限制值。
（2）實(shí)現(xiàn)電樞回路和磁場(chǎng)回路的各種故障保護(hù)，如：①磁場(chǎng)變壓器超溫；②磁場(chǎng)整流橋快熔熔斷；③磁場(chǎng)過電流；④磁場(chǎng)回路對(duì)地漏電；？⑤磁場(chǎng)可控硅交流阻尼熔絲斷；⑥磁場(chǎng)可控硅過熱；⑦電樞變壓器超溫；⑧電樞整流橋快熔熔斷；⑨電樞過電流；⑩電樞回路對(duì)地漏電；⑩電樞可控硅交流阻尼熔絲斷；⑩電樞可控硅過熱[2]。
1.3多PLC冗余控制部分
多PLC冗余控制部分用來完成提升機(jī)系統(tǒng)操作保護(hù)、行程監(jiān)控和裝、卸載控制等功能。（1）操作保護(hù)部分采用一臺(tái)PLC，其主要功能是執(zhí)行操作程序，并實(shí)現(xiàn)各種故障保護(hù)及閉鎖。來自系統(tǒng)各部分的保護(hù)信號(hào)直接引入到PLC中，PLC將其處理后分為立即施閘、井口施閘、電氣制動(dòng)和報(bào)警四類，送監(jiān)視器顯示故障類型并控制聲光報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警并施閘。系統(tǒng)的安全回路有兩套，一套由PLC構(gòu)成，另一套為繼電器直動(dòng)回路。（2）行程監(jiān)控部分由一臺(tái)PLC、兩個(gè)軸編碼器（一個(gè)裝在傳動(dòng)控制器上，另一個(gè)裝在導(dǎo)向輪上）和井筒開關(guān)構(gòu)成，兩臺(tái)軸編碼器將提升機(jī)鋼絲繩在線速度和行程位置轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)送人PLC，經(jīng)PLC中的軟件計(jì)算后處理成罐籠在井筒中的位置和在線速度，送到操作臺(tái)監(jiān)視器顯示。這種以軟件處理為主的行程跟蹤方法在靈活性、可靠性及精度等方面都很高，只要選擇分辨率較高的軸編碼器，就可保證定位精度
1.4操作臺(tái)和監(jiān)視器
操作臺(tái)由左操作臺(tái)、右操作臺(tái)和指示臺(tái)三部分構(gòu)成。左操作臺(tái)上有制動(dòng)手柄、高壓送電按鈕、磁場(chǎng)送電按鈕、快開控制按鈕、安全復(fù)位按鈕、緊停按鈕、燈試驗(yàn)按鈕、閘試驗(yàn)按鈕、過卷旁通按鈕等；右操作臺(tái)上有主令操作手柄、工作方式選擇開關(guān)、控制方式選擇開關(guān)和信號(hào)聯(lián)絡(luò)按鈕等；指示臺(tái)左側(cè)為監(jiān)視器，指示臺(tái)上有深度指示器（發(fā)光管柱狀圖）、重要操作信號(hào)和故障信號(hào)指示燈以及運(yùn)行參數(shù)（如：閘壓、電樞電流、磁場(chǎng)電流、速度等）顯示儀表。監(jiān)視器可實(shí)現(xiàn)人—機(jī)對(duì)話，它可顯示主回路、低壓配電回路、提升系統(tǒng)、液壓制動(dòng)系統(tǒng)、裝卸載系統(tǒng)和故障信息等畫面。
操作控制系統(tǒng)采用西門子PLC 組成，具有以下特點(diǎn)：①檢修、驗(yàn)繩、手動(dòng)、半自動(dòng)、全自動(dòng)等操作方式；②根據(jù)提升種類進(jìn)行最高速度限制；③提升機(jī)工藝控制下必要的閉鎖；④ 安全回路由 PLC 控制軟件與外部硬件實(shí)現(xiàn)2 套冗余，當(dāng) PLC 故障時(shí)，提升機(jī)能低速運(yùn)行（應(yīng)急開車）；⑤安全制動(dòng)過程實(shí)現(xiàn)恒減速控制，使安全制動(dòng)過程中的減速度不受提升、下放、載荷大小影響，在給定范圍內(nèi)保持恒定， 并且不超過防滑極限減速度，確保提升機(jī)安全運(yùn)行（當(dāng)選恒減速液壓系統(tǒng)時(shí)具有的功能）；⑥具有提升機(jī)位置閉環(huán)控制功能，準(zhǔn)確停車；⑦具有完善的保護(hù)功能，如：超速、過卷、鋼絲繩滑動(dòng)、閘瓦磨損、彈簧疲勞、過流、過壓、變流裝置故障等保護(hù)，對(duì)于重要的保護(hù)，一般都設(shè)有兩到三重，確保提升機(jī)的安全運(yùn)行。
2.煤礦主井直流提升機(jī)的信息化管理
關(guān)于軟件設(shè)計(jì)，即選擇控制規(guī)律和控制參數(shù)，與模擬連續(xù)系統(tǒng)綜合校正方法的步驟基本相似。在對(duì)連續(xù)系統(tǒng)進(jìn)行綜合時(shí)，設(shè)計(jì)者根據(jù)對(duì)控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能提出的要求，在時(shí)域中即是對(duì)動(dòng)態(tài)誤差（或誤差系數(shù)）、階躍響應(yīng)的調(diào)節(jié)時(shí)間、超調(diào)量和振蕩次數(shù)等的要求，在已知不可變部分的情況下，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的校正，使系統(tǒng)的實(shí)際性能指標(biāo)達(dá)到預(yù)期的要求。對(duì)于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，模擬校正裝置由數(shù)字計(jì)算機(jī)代替，模擬校正裝置擔(dān)負(fù)的計(jì)算和控制任務(wù)將由計(jì)算機(jī)來完成。因此，選擇校正裝置的結(jié)構(gòu)和參數(shù)的工作就轉(zhuǎn)變?yōu)樵O(shè)計(jì)由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的控制算法和控制程序。在用模擬調(diào)節(jié)器對(duì)直流提升機(jī)進(jìn)行控制時(shí)，各項(xiàng)控制是同時(shí)進(jìn)行的。在用數(shù)字計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)上述控制時(shí)，由于計(jì)算機(jī)在任一時(shí)刻只能做一項(xiàng)工作，所以各項(xiàng)控制是分時(shí)進(jìn)行的[4]。為了盡量減少啟動(dòng)、制動(dòng)過程中的機(jī)械沖擊及提升機(jī)控制精度，速度給定信號(hào)的加速、減速段為“S”形曲線，減速段行程通過PLC實(shí)際運(yùn)算來調(diào)節(jié)減速度以保證其為一固定值，從而保證了停車點(diǎn)不變和停車點(diǎn)的精度。
計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)混合系統(tǒng)，既可以在一定的條件下近似看成一個(gè)模擬系統(tǒng)，用模擬系統(tǒng)的分析方法進(jìn)行分析和綜合，再將設(shè)計(jì)結(jié)果離散化，轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字計(jì)算機(jī)的控制算法，也可以把系統(tǒng)經(jīng)過適當(dāng)?shù)淖儞Q，變?yōu)榧兇獾碾x散系統(tǒng)，用z變換等工具進(jìn)行分析和綜合，直接設(shè)計(jì)出控制算法。全數(shù)字直流提升機(jī)電控系統(tǒng)既可用于新裝系統(tǒng)使用，也可用于老系統(tǒng)改造的配套使用，如單繩、雙繩，直井、斜井等各種工作場(chǎng)地。從應(yīng)用運(yùn)行的情況來看， 提高了礦井提升機(jī)運(yùn)行的安全可靠性，而且操作簡(jiǎn)單。利用了機(jī)內(nèi)計(jì)算機(jī)、PLC 接口可以方便地實(shí)現(xiàn)各種控制、監(jiān)控功能，大大提高提升機(jī)運(yùn)行的自動(dòng)化程度。
3.結(jié)論
全數(shù)字直流提升機(jī)電控系統(tǒng)充分考慮了提升機(jī)實(shí)際運(yùn)行中的各種要求，采用各種措施保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行，又因?yàn)樗哂袀鹘y(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)所無可比擬的調(diào)速和控制性能，其取代傳統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)將成為必然趨勢(shì)。
【參考文獻(xiàn)】
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一、變電站現(xiàn)狀
1.主接線方式及主要一次設(shè)備
（1）110kV側(cè)為雙母線接線，2路電源進(jìn)線、2路主變出線。主變壓器2臺(tái)，型號(hào)為SFZ10-63000MVA，接線方式為Yn/Yn0，電壓為110/38.5kV。(2) 35kV側(cè)為雙母線接線，采用LW8-40.5SF6開關(guān)，有線路9條，另有3臺(tái)35/6KV的變壓器。
2.保護(hù)控制及自動(dòng)裝置現(xiàn)狀
(1)公用部分。主控回路及中央信號(hào)采用的是70年代的弱電選控裝置。包括2臺(tái)主變壓器SFZ10-63000MVA、兩條110kV線路和9條35kV線路的控制、測(cè)量及中央信號(hào)，另外系統(tǒng)還配置有110kV母差保護(hù)裝置、故障錄波器、同期裝置、35kV小電流接地裝置、低周減載裝置等。(2)主變壓器保護(hù)配置。采用電磁式繼電器元件構(gòu)成各類電氣保護(hù)。主變差動(dòng)保護(hù)由電磁式LCD-4型差動(dòng)繼電器及其相關(guān)回路構(gòu)成；主變重瓦斯繼電器動(dòng)作于兩側(cè)開關(guān)，輕瓦斯發(fā)出告警信號(hào)；零序電壓閉鎖零序電流保護(hù)；35kV復(fù)合電壓閉鎖過流保護(hù)及過負(fù)荷保護(hù)等。(3)線路保護(hù)配置。110kV線路分別由WXB-01B、WXB-51C或LH-11型電磁式繼電器構(gòu)成相間、接地、距離和零序Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段電流保護(hù)。35kV線路均為分立元件電磁式保護(hù)裝置設(shè)置過流、速斷、重合閘保護(hù)。
3.其他
(1)計(jì)量部分。設(shè)有110kV線路電度表屏、主變電度表屏、35kV線路電度表屏，其中部分電度表已更換為單輸出式脈沖數(shù)字電度表。(2)站用配電屏及直流屏各一套。
二、改造的基本思路
此變電站運(yùn)行方式基本固定，擬建立新型的中央控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全站自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，以降低運(yùn)行成本。
1.基本原則
(1)經(jīng)過改造，全站設(shè)備達(dá)到行業(yè)領(lǐng)先水平，控制保護(hù)實(shí)現(xiàn)微機(jī)自動(dòng)化。(2)利用原有設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造。(3)盡可能降低改造成本，實(shí)現(xiàn)“四遙”等各項(xiàng)功能。
2.基本構(gòu)想
結(jié)合目前國(guó)內(nèi)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展水平，基于上述基本原則，提出以下基本構(gòu)想：
(1）新建一套GNP300型變電站微機(jī)綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)。(2)所有110KV一次設(shè)備全部更新，110KV少油開關(guān)更新為L(zhǎng)W24-126型SF6斷路器。新建一套全網(wǎng)五防系統(tǒng)和自動(dòng)開票系統(tǒng)。(3)組建站內(nèi)自動(dòng)化系統(tǒng)以及相應(yīng)的分布式通信網(wǎng)絡(luò)。(4)拆除原直流設(shè)備屏3塊，更換為體積小、容量大的DMP-6000直流系統(tǒng)。(5)更新站用電屏3塊。
三、技術(shù)和功能要求
1.總的要求
微機(jī)設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站運(yùn)行自動(dòng)監(jiān)控，要求設(shè)備質(zhì)量可靠，技術(shù)先進(jìn)；軟件功能齊全，人機(jī)界面靈活、組屏合理。
（1）間隔層：完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)一次設(shè)備信號(hào)的采集、保護(hù)及測(cè)控功能，其功能的實(shí)現(xiàn)不依賴于通訊層及站控層。以站內(nèi)一次設(shè)備間隔(1臺(tái)變壓器或1條線路)為基本單元，構(gòu)成分散式間隔層，每個(gè)間隔層相對(duì)獨(dú)立，所含元件應(yīng)具有多項(xiàng)功能。例如對(duì)于一條110kV線路，自動(dòng)化系統(tǒng)中相對(duì)應(yīng)的元件不僅可以實(shí)現(xiàn)線路的主保護(hù)、后備保護(hù)和三相一次重合閘，也要具備線路的控制、測(cè)量、信號(hào)、事故追憶以及測(cè)距等功能。（2）通信層：實(shí)現(xiàn)多種遠(yuǎn)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約的在線轉(zhuǎn)換，完成對(duì)全系統(tǒng)不同廠家一次設(shè)備和總控單元的互聯(lián)；多管理機(jī)配置方式，可以多機(jī)互為熱備用。各間隔層通過站內(nèi)通信網(wǎng)互聯(lián)，并與站控層聯(lián)結(jié)組成分布式通信網(wǎng)絡(luò)。（3）站控層：完成變電站與調(diào)度及當(dāng)?shù)乇O(jiān)控之間的信息傳送，當(dāng)?shù)乇O(jiān)控則完成全站信息分類、管理、存儲(chǔ)。站控層是自動(dòng)化系統(tǒng)的核心，它通過站內(nèi)通信網(wǎng)管理全站的間隔層并顯示、打印有關(guān)信息，進(jìn)行開關(guān)操作，并在事故及異常情況下報(bào)警。
后臺(tái)監(jiān)控部分應(yīng)能支持多站數(shù)據(jù)庫，可使用不同的接口和規(guī)約傳送不同的信息。
2.對(duì)保護(hù)及自動(dòng)裝置的要求
所有新增加的保護(hù)及自動(dòng)裝置，其元件及功能應(yīng)相對(duì)獨(dú)立，具有很高的可靠性并符合電力系統(tǒng)有關(guān)的反措規(guī)定，也必須是經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行表明其性能指標(biāo)均達(dá)到要求的微機(jī)型設(shè)備。
裝置的類型配置應(yīng)滿足該站的實(shí)際需要，并符合DL400—91《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定。各類定值均可獨(dú)立整定(包括就地和遠(yuǎn)方兩種操作方式)。各類信號(hào)的復(fù)歸具有就地和遠(yuǎn)方兩種手段。動(dòng)作出口回路中分別設(shè)軟壓板和硬壓板。
3.對(duì)站用電和直流電源的要求
盡可能簡(jiǎn)化站用電回路，但不能降低其工作可靠性。可靠性高、體積小、占用屏位少為直流設(shè)備選型的必要條件，同時(shí)要求其微機(jī)化控制能夠進(jìn)入站內(nèi)通信網(wǎng)運(yùn)行。
4.對(duì)站控層的功能要求
四、改造后的效果
改造后，系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站全站電氣系統(tǒng)的模擬量、數(shù)據(jù)量、開關(guān)量、脈沖量、溫度量、保護(hù)信息等的數(shù)據(jù)采集、計(jì)算、判別、報(bào)警、事件順序記錄、報(bào)表統(tǒng)計(jì)、曲線分析并根據(jù)需要向現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)測(cè)控單元層命令，實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣設(shè)備的控制和調(diào)節(jié)。實(shí)現(xiàn)了變電站的遙測(cè)、遙信、遙控遙調(diào)功能，降低了誤操作的風(fēng)險(xiǎn)。并能與上級(jí)電網(wǎng)調(diào)度指揮系統(tǒng)進(jìn)行以太網(wǎng)通訊，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，部分崗位實(shí)現(xiàn)了無人值守，減年運(yùn)行人工成本。
參考文獻(xiàn)：
[1]謝希仁.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò).電子工業(yè)出版社，2003
[2]王士政.電力系統(tǒng)運(yùn)行控制與調(diào)度自動(dòng)化.河海大學(xué)出版社,1990
關(guān)鍵詞：煤礦掘進(jìn)；自動(dòng)化系統(tǒng)；模型；關(guān)鍵技術(shù)
我國(guó)煤礦工業(yè)已處在世界先進(jìn)水平行列，所具備的礦井開采作業(yè)能力已達(dá)到日產(chǎn)萬噸，裝備千萬噸。而目前存在的主要問題在于掘進(jìn)技術(shù)滿足不了綜采作業(yè)的要求，造成“采”和“掘”的不平衡發(fā)展，從而阻礙了煤礦生產(chǎn)的發(fā)展。同時(shí)，煤礦開采生產(chǎn)環(huán)境差，部分安全措施不到位，具有較大的事故風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于煤礦掘進(jìn)截割自動(dòng)化技術(shù)的研究，有利于我國(guó)煤炭資源開采率的提高，并為其安全作業(yè)提供了技術(shù)和設(shè)備的保障。
1、煤巷掘進(jìn)技術(shù)自動(dòng)化控制分析
煤巷掘進(jìn)技術(shù)自動(dòng)化控制是個(gè)系統(tǒng)的整體的復(fù)雜的研究課題。以掘進(jìn)煤巷為控制對(duì)象，輸入煤壁，以煤巷和原煤為輸出。同時(shí)由于割煤、運(yùn)輸、支護(hù)以及通風(fēng)、排水、供電、勘探、管理、監(jiān)測(cè)、定位等工序所產(chǎn)生的許多以不同方式存在的信號(hào)，如可測(cè)量可控制，又或可測(cè)量不可控制等方式。圖1為煤炭掘進(jìn)工作面系統(tǒng)圖。
圖1 煤巷掘進(jìn)工作面系統(tǒng)圖
2、煤礦掘進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)適用范圍分析
我國(guó)煤礦分部的實(shí)際情況，包括煤層貯存條件的復(fù)雜性、多樣性，決定了以單巷掘進(jìn)為主的巷道掘進(jìn)方式。煤礦掘進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)主要設(shè)備有懸臂式掘進(jìn)機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、可伸縮帶式輸送機(jī)(或刮板輸送機(jī))、單體錨桿鉆機(jī)、通風(fēng)除塵等。懸臂式掘進(jìn)機(jī)主要作用包括割煤、采煤以及裝煤，是這掘進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)控制的關(guān)鍵。因此以懸臂式掘進(jìn)機(jī)為主要研究?jī)?nèi)容，對(duì)于掘進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)的推廣有不可替代的作用。同時(shí)根據(jù)工作環(huán)境的要求，掘進(jìn)支護(hù)一般采用錨桿錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)的方式，因此如何將掘進(jìn)和支護(hù)進(jìn)行正確的鏈接和配套也是一個(gè)重要的問題。因此可以按照工程結(jié)構(gòu)將煤礦掘進(jìn)工作面系統(tǒng)分為一定的控制分系統(tǒng)，從而確定掘進(jìn)技術(shù)自動(dòng)化系統(tǒng)的范圍，如圖2 所示。
圖2 煤巷掘進(jìn)技術(shù)自動(dòng)化范圍
3、掘進(jìn)技術(shù)自動(dòng)化
通過對(duì)煤巷掘進(jìn)技術(shù)系統(tǒng)和自動(dòng)化范圍的分析，只有進(jìn)行平行地、自動(dòng)地掘進(jìn)和支護(hù)作業(yè)，連續(xù)的原煤和材料運(yùn)輸作業(yè)，智能化的安全保障系統(tǒng)作業(yè)，才能實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)技術(shù)的自動(dòng)化。從而使掘進(jìn)技術(shù)系統(tǒng)穩(wěn)定安全高效的運(yùn)行，每個(gè)環(huán)節(jié)相互聯(lián)系、配合、促進(jìn)以及協(xié)調(diào)。
4、自動(dòng)化技術(shù)分析
通過上述問題的分析可以知道，掘進(jìn)技術(shù)自動(dòng)化控制的實(shí)現(xiàn)要求不斷地技術(shù)創(chuàng)新，主要包括以下幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)的解決：
4.1、掘錨機(jī)組技術(shù)的自動(dòng)化
煤礦巷道的掘進(jìn)和支護(hù)是煤礦開采施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，受作業(yè)環(huán)境及地質(zhì)條件的限制，只有研究出適合我國(guó)煤礦開采實(shí)際情況的掘錨聯(lián)合機(jī)組自動(dòng)化技術(shù)，才能真正實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)技術(shù)自動(dòng)化。使掘、裝、運(yùn)、支自動(dòng)化平行作業(yè)，既能實(shí)現(xiàn)快速掘進(jìn)割煤，同時(shí)又能進(jìn)行頂板和煤幫的支護(hù)。
4.1.1、掘進(jìn)機(jī)控制技術(shù)的自動(dòng)化
掘進(jìn)機(jī)是煤巷掘進(jìn)技術(shù)自動(dòng)化最重要組成部分，適合我國(guó)煤礦實(shí)際需要的掘進(jìn)機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)是實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)作業(yè)自動(dòng)化的關(guān)鍵。掘進(jìn)機(jī)自動(dòng)控制主要包括掘進(jìn)機(jī)的自主定位、自動(dòng)截割、自動(dòng)糾偏等，通過集成機(jī)械、液壓、電子等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)控制技術(shù)的自動(dòng)化。
4.1.2、錨桿支護(hù)技術(shù)的自動(dòng)化
采煤機(jī)械化程度的提高和重型設(shè)備的應(yīng)用、工作面產(chǎn)量的增加以及瓦斯涌出量的增大，對(duì)于回采巷道斷面及其維護(hù)作業(yè)的要求也隨之增大。大斷面煤巷具有跨度較大，斷面又多為矩形，兩幫及頂板也多為煤層，且圍巖強(qiáng)度低，受力復(fù)雜等特點(diǎn)，這些因素對(duì)于煤巷的穩(wěn)定性有很大的影響。而大斷面煤巷圍巖變形量及破裂范圍都較大，支護(hù)作業(yè)困難。因此對(duì)于大斷面煤巷圍巖穩(wěn)定性原理及控制技術(shù)的研究，對(duì)于實(shí)現(xiàn)錨桿支護(hù)技術(shù)的自動(dòng)化尤為重要，并為其提供準(zhǔn)確的參考數(shù)據(jù)。根據(jù)支護(hù)參數(shù)和支護(hù)要求研制前配套錨桿鉆臂自動(dòng)控制系統(tǒng)，與掘進(jìn)機(jī)結(jié)構(gòu)合理配套，實(shí)現(xiàn)快速臨時(shí)支護(hù)、錨桿錨索永久支護(hù)的自動(dòng)化。
4.2、運(yùn)輸技術(shù)的自動(dòng)化
當(dāng)前煤壁的輸入，煤巷及原煤的輸出利用的是皮帶集中控制系統(tǒng)。而為了適應(yīng)煤礦掘進(jìn)技術(shù)的自動(dòng)化要求，煤巷的維護(hù)將消耗更多的支護(hù)材料，工作量也隨之增大。通過對(duì)運(yùn)輸膠帶的改善，利用底帶進(jìn)行材料的運(yùn)輸，從而實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)輸入輸出技術(shù)的自動(dòng)化。
4.3、安全保障監(jiān)控技術(shù)的自動(dòng)化
環(huán)境和機(jī)械設(shè)備是煤巷掘進(jìn)安全保障的兩個(gè)主要內(nèi)容，利用監(jiān)控設(shè)備對(duì)環(huán)境因素，如煤塵、瓦斯、震動(dòng)等進(jìn)行監(jiān)控；而對(duì)于機(jī)械設(shè)備工作狀況的監(jiān)控是通過設(shè)備自身裝載的傳感器來進(jìn)行的。
4.4、信息傳輸技術(shù)的自動(dòng)化
對(duì)于各種煤礦掘進(jìn)信息（控制指令、設(shè)備情況、環(huán)境指標(biāo)等）的傳輸應(yīng)快速、精確、及時(shí)，而礦井自然環(huán)境差，地下情況復(fù)雜，利用支持PPPoE技術(shù)的網(wǎng)關(guān)，通過實(shí)時(shí)環(huán)網(wǎng)交換機(jī)將各種信息接入工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)信息傳輸自動(dòng)化。
5、結(jié)語
綜上所述，首先應(yīng)綜合分析掘進(jìn)的煤巷，從而了解掘進(jìn)作業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的組成，確定自動(dòng)化控制參數(shù)。其次要確定掘進(jìn)技術(shù)自動(dòng)化控制的范圍。最后根據(jù)掘進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)控制要求，解決自動(dòng)化控制所需關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新。
參考文獻(xiàn):
［1］方新秋，何杰，郭敏江，張斌. 煤礦無人工作面開采技術(shù)研究［J］. 科技導(dǎo)報(bào)，2008(9).
【關(guān)鍵詞】 煤礦泵房遠(yuǎn)程監(jiān)控可編程控制器PLC
在當(dāng)前,我國(guó)礦井使用的水泵普遍仍采用傳統(tǒng)的排水系統(tǒng),通過人工手動(dòng)操作,這種排水系統(tǒng)總起來講應(yīng)急的能力較差,自動(dòng)化程度不高,還不能做到根據(jù)水位或其它參數(shù)自動(dòng)起停水泵,存在很大的安全隱患。針對(duì)現(xiàn)有排水系統(tǒng)存在的弊病,本文結(jié)合煤礦井下的實(shí)際情況,在傳統(tǒng)排水系統(tǒng)控制的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造,使水泵的自動(dòng)化控制系統(tǒng)能夠在無人值守時(shí),自動(dòng)運(yùn)行和自我診斷。該控制系統(tǒng)主要是通過遠(yuǎn)程控制,對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制、自動(dòng)檢測(cè),從而使運(yùn)行設(shè)備達(dá)到最佳的工作狀態(tài),達(dá)到節(jié)約能源、降低成本、延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命,提高設(shè)備的自動(dòng)化水平,促進(jìn)礦井的和諧發(fā)展。
1 礦井排水的意義
礦井排水的任務(wù)就是將井下涌出的礦井水,通過排水系統(tǒng)不斷地排至地面,以保證礦井安全生產(chǎn)和作業(yè)人員的生命安全,否則就會(huì)影響礦井正常的生產(chǎn),甚至發(fā)生淹井事故,造成生命、財(cái)務(wù)的巨大損失。因此說礦井排水系統(tǒng)是必不可少的主要生產(chǎn)系統(tǒng)之一。
2 礦井排水的特點(diǎn)
由于礦井涌水的復(fù)雜性和危險(xiǎn)性,以及礦井結(jié)構(gòu)布置的不同,故對(duì)礦井排水及排水泵房的要求比一般機(jī)電硐室的要求嚴(yán)格,對(duì)排水設(shè)備的可靠性能要求更高,,必須保證及時(shí)排除礦井涌水。因?yàn)榈V井涌水在井下流動(dòng)的過程中,混入和溶解了許多礦物質(zhì),含有一定數(shù)量的煤炭顆粒、流沙等雜志,所以要求排水水泵要具有較強(qiáng)的抗腐蝕性和耐磨性;此外,由于排水系統(tǒng)安裝在硐室內(nèi),硐室空間比地面空間小,安裝和維修都不方便,為了保證礦井的安全,礦井水泵房要求安裝使用、備用、待修的水泵臺(tái)數(shù)較多;再者,礦井排水設(shè)備的耗電量很大,一般會(huì)占到全礦井總耗電量的25%—35%,有的礦井占到40%,個(gè)別礦井會(huì)更多。
3 礦井排水泵房自動(dòng)化控制的重要性
(1)礦井排水泵房自動(dòng)化控制系統(tǒng)能根據(jù)水泵的水位起動(dòng)或停止運(yùn)行的水泵,這樣就能有效提高水泵的利用率,從而降低水泵的運(yùn)行成本。
(2)礦井排水泵房自動(dòng)化控制系統(tǒng)可以在無人值守的情況下,自動(dòng)運(yùn)行、自我診斷,這樣就可以減少水泵的維護(hù)人員,減少維護(hù)人員的工資總額,這樣就可以增加設(shè)備的檢修隊(duì)伍的力量,提高設(shè)備的維護(hù)質(zhì)量,從而減少事故的發(fā)生幾率,提高運(yùn)行設(shè)備的使用率。
(3)礦井排水泵房自動(dòng)化控制系統(tǒng)可以減少設(shè)備的故障率,從而保證礦井的安全生產(chǎn),并能有效的改善井下的工作環(huán)境,提高勞動(dòng)的生產(chǎn)率。
(4)礦井排水泵房自動(dòng)化控制系統(tǒng)能有效的保護(hù)水泵電機(jī)等設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。可以延長(zhǎng)水泵電機(jī)等設(shè)備的使用壽命,從而減少發(fā)生事故的停機(jī)的時(shí)間,提高排水系統(tǒng)的排水能力。
(5)礦井排水泵房自動(dòng)化控制系統(tǒng)能有效調(diào)整水泵停機(jī)、開機(jī)的時(shí)間,這樣就能有效的避免電力負(fù)荷高峰期的出現(xiàn),從而做到削峰填谷,這樣就能節(jié)約大量的電費(fèi)開支。
4 礦井排水泵房自動(dòng)化控制系統(tǒng)的組成
礦井排水泵房自動(dòng)化控制系統(tǒng)適用于煤礦井下排水設(shè)施的集中監(jiān)控,能有效實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵機(jī)組及其附屬設(shè)備的自動(dòng)控制和綜合保護(hù),通過控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)多水平排水系統(tǒng)的聯(lián)合控制,并能結(jié)合先進(jìn)的控制思想合理調(diào)度設(shè)備運(yùn)行,提高排水效率。泵房的自動(dòng)化控制系統(tǒng)主要由地面監(jiān)控主機(jī)、就地控制箱、測(cè)量傳感器等組成,可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、自動(dòng)輪換工作、自動(dòng)控制、動(dòng)態(tài)顯示及故障記錄報(bào)警和通訊接口等功能。該系統(tǒng)還可以通過檢測(cè)水倉(cāng)水位和其它性能參數(shù),控制水泵輪流工作與適時(shí)啟動(dòng)備用泵,合理調(diào)度水泵運(yùn)行。系統(tǒng)能通過上位機(jī)顯示屏以圖形、圖像、數(shù)據(jù)、文字等方式,直觀、形象、實(shí)時(shí)地反映系統(tǒng)工作狀態(tài)以及水倉(cāng)水位、電機(jī)工作電流、軸承溫度、排水管流量等參數(shù),并通過通訊模塊、光纖與地面監(jiān)測(cè)監(jiān)控主機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。
5 礦井排水泵房自動(dòng)化控制系統(tǒng)功能及特點(diǎn)
(1)PLC控制程序采用模塊化結(jié)構(gòu),系統(tǒng)可按程序模塊分段調(diào)試,分段運(yùn)行。該程序結(jié)構(gòu)具有清晰、簡(jiǎn)捷、易懂,便于模擬調(diào)試等特點(diǎn)。
(2)礦井排水泵房自動(dòng)化控制系統(tǒng)具有監(jiān)測(cè)功能。能有效實(shí)現(xiàn)對(duì)水倉(cāng)水位、水泵軸溫、電機(jī)軸溫、電機(jī)定子溫度、壓力、負(fù)壓、流量、電機(jī)電壓、電流、功率、水泵運(yùn)行效率等參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
(3)礦井排水泵房自動(dòng)化控制系統(tǒng)能自動(dòng)檢測(cè)水位信號(hào),計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)不同水位段水位的上升速率,從而判斷礦井的涌水量,自動(dòng)投入和退出水泵運(yùn)行臺(tái)數(shù),合理地調(diào)度水泵運(yùn)行。
(4)在觸摸屏上動(dòng)態(tài)監(jiān)控水泵及其附屬設(shè)備的運(yùn)行狀況,實(shí)時(shí)顯示水位、流量、壓力、溫度、電流、電壓等參數(shù),超限報(bào)警,故障畫面自動(dòng)彈出,故障點(diǎn)自動(dòng)閃爍。具有故障記錄,歷史數(shù)據(jù)查詢等功能。
(5)礦井排水泵房自動(dòng)化控制系統(tǒng)控制具有靈活多樣的控制方式。主要有就地控制、井下集控、遠(yuǎn)程集控和全自動(dòng)控制等組成。就地控制為操作員通過就地箱上的按鈕及指示燈完成對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的直接控制,主要用于設(shè)備檢修維護(hù);井下集控是操作員通過觸摸屏實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵的半自動(dòng)控制,控制命令由觸摸屏下發(fā)至PLC,后者完成整個(gè)控制過程;遠(yuǎn)程集控是操作員在地面遠(yuǎn)程控制終端,通過鼠標(biāo)電機(jī)控制控件,實(shí)現(xiàn)對(duì)于井下水泵機(jī)組的遠(yuǎn)程控制;全自動(dòng)控制是用戶無需操作,PLC根據(jù)水倉(cāng)水位等參控信息合理調(diào)度水泵機(jī)組,完成排水。
6 結(jié)語
總之,煤礦排水泵房的自動(dòng)化控制系統(tǒng)能較好的實(shí)現(xiàn)礦井泵房的無人值守,使排水系統(tǒng)能夠根據(jù)水倉(cāng)水位、峰谷電價(jià)時(shí)段等因素,在無人干涉的情況下自我診斷,提高了礦井生產(chǎn)的安全性和自動(dòng)化程度,降低了運(yùn)行成本,延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命等,具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
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