淺談煤礦電氣自動(dòng)化的控制系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)研究

李旭陽(yáng)

摘要：隨著煤礦生產(chǎn)的現(xiàn)代化、機(jī)械化、電氣化程度也隨之越來(lái)越高，在煤礦資源作為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱能源的背景下，對(duì)煤礦產(chǎn)業(yè)進(jìn)行高效、安全的現(xiàn)代化生產(chǎn)已經(jīng)是必須之舉。煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的引入，實(shí)現(xiàn)了提高煤炭利用率，促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的目的。該文主要進(jìn)行煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的研究，從而對(duì)煤礦企業(yè)提出更完善、有利的生產(chǎn)控制方式。

關(guān)鍵詞：煤礦現(xiàn)代化電氣自動(dòng)化自動(dòng)化控制系統(tǒng)

作為一種傳統(tǒng)的、不可再生資源，煤礦的利用應(yīng)該已經(jīng)得到更加嚴(yán)格的管控，相較于傳統(tǒng)的煤礦生產(chǎn)過(guò)程，現(xiàn)代化生產(chǎn)更加注重安全和高效，而這種追求高效率和高安全性的生產(chǎn)，一定依托有大量的數(shù)字量和模擬量的控制裝置，比如對(duì)于瓦斯含量進(jìn)行計(jì)量、對(duì)通風(fēng)狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)、對(duì)礦井的水泵進(jìn)行開合控制等工作內(nèi)容。因此，在提高煤炭利用率、進(jìn)行循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面，政府管控下的煤礦企業(yè)通過(guò)多種渠道進(jìn)行了電氣自動(dòng)化控制技術(shù)的引入。電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)，是在計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展的前提下，基于PLC技術(shù)而創(chuàng)的數(shù)字化和自動(dòng)化式的控制系統(tǒng)。PLC技術(shù)成為解決效率、安全問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)煤礦電氣自動(dòng)化控制的有效、便捷手段。煤礦電氣自動(dòng)化的控制系統(tǒng)，可以在惡劣的工作環(huán)境下正常工作，使煤礦開采流程簡(jiǎn)化的同時(shí)保證計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)字和程序的控制，實(shí)現(xiàn)煤礦高效率同時(shí)高安全性的生產(chǎn)。

對(duì)于煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，旨在以更低的構(gòu)建成本，來(lái)提高控制系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性和安全性，增強(qiáng)使用性能，進(jìn)一步促進(jìn)煤礦的生產(chǎn)、運(yùn)輸和存放等過(guò)程中的高智能化、自動(dòng)化以及現(xiàn)代化。

一、煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)

煤炭作為傳統(tǒng)能源，在我國(guó)有著很多的應(yīng)用，是我國(guó)重要的資源，無(wú)論對(duì)日常生活或是工業(yè)生產(chǎn)都有著不能缺少的重要作用。電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，從本質(zhì)來(lái)說(shuō)，就是將資源的利用率最大化，即實(shí)現(xiàn)最高性價(jià)比。

電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的主要組成部分是單片機(jī)，其組成的主要部分包括電源、斷電設(shè)備、防水設(shè)備、通風(fēng)機(jī)等。在系統(tǒng)組成中，選擇單片機(jī)時(shí)需要與工作環(huán)境適應(yīng)，且操作時(shí)應(yīng)該非常謹(jǐn)慎，切實(shí)避免漏水等事故發(fā)生。單片機(jī)的主要工作原理是通過(guò)CPU信號(hào)的變化進(jìn)行控制，在煤礦的工作條件下，安裝單片機(jī)可以做到保護(hù)作用。具體來(lái)說(shuō)，單片機(jī)會(huì)對(duì)電流變化進(jìn)行感應(yīng)，通過(guò)程序?qū)崿F(xiàn)電流―電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)換，同時(shí)進(jìn)行信號(hào)的轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換式采集后，通過(guò)電腦顯示，通過(guò)控制設(shè)備配置的基本參數(shù)，可以對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行完整保存。單片機(jī)對(duì)于煤礦開采過(guò)程中實(shí)行的保護(hù)作用，主要是斷電保護(hù)和通風(fēng)。

二、煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)現(xiàn)狀

無(wú)論是國(guó)際或者國(guó)內(nèi)，煤礦業(yè)的自動(dòng)化發(fā)展必然將成為未來(lái)發(fā)展的道路。無(wú)論在煤礦的建設(shè)還是發(fā)展中，自動(dòng)化系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控、診斷、維護(hù)等諸多內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)整體生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化，是對(duì)工作效率的提高。目前，根據(jù)我國(guó)《煤礦自動(dòng)化規(guī)劃》要求，我國(guó)建設(shè)的新建礦井均為綜合自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)主導(dǎo)生產(chǎn)管理。正在生產(chǎn)的主力礦井，均為自動(dòng)化基礎(chǔ)好的礦井，從設(shè)備集中控制向系統(tǒng)集中控制轉(zhuǎn)變，對(duì)一些老礦井進(jìn)行自動(dòng)化改造，按照節(jié)能降耗的原則，進(jìn)行逐步的改造。

目前，自動(dòng)化控制技術(shù)被廣泛應(yīng)用在多個(gè)行業(yè)，其中煤礦、火電、核電、化工、石油等行業(yè)對(duì)自動(dòng)化的應(yīng)用已經(jīng)較為成熟，并處在不斷發(fā)展之中，結(jié)合現(xiàn)狀，煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)創(chuàng)新后，未來(lái)的發(fā)展方向，則是將技術(shù)與成熟的產(chǎn)品、多年實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行整合，對(duì)自動(dòng)化控制提供更為完整、整體性的方案。

三、煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)研究

（一）創(chuàng)新設(shè)備系統(tǒng)

煤礦的開采，現(xiàn)代化式應(yīng)用自動(dòng)控制系統(tǒng)，提高工作效率即意味著提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。為了電氣自動(dòng)化控制利用更加高效，選用PIC設(shè)備之前，必須進(jìn)行整體性系統(tǒng)狀態(tài)和功能的評(píng)估。若只對(duì)煤礦開采中的瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行監(jiān)測(cè)，可以選擇微型設(shè)備。但是礦井中，水位高低直接影響著水泵的工作狀態(tài)，所以對(duì)PIC的選擇上就必須選擇大型設(shè)備。

在優(yōu)化設(shè)備系統(tǒng)上，使設(shè)計(jì)要求水平更高并對(duì)礦井實(shí)施全方位實(shí)時(shí)監(jiān)控，是未來(lái)的主要發(fā)展方向。實(shí)現(xiàn)這一內(nèi)容，可以全方位對(duì)礦井下的情況并數(shù)據(jù)進(jìn)行掌控。另一方面，在編程程序上，當(dāng)前主要有三種，分別為手控編程、PIC編程和計(jì)算機(jī)編程。三者并沒有絕對(duì)優(yōu)劣，手動(dòng)編程適合數(shù)據(jù)較少時(shí)使用，PIC編程適合大規(guī)模的采礦需求，但是范圍有限制。計(jì)算機(jī)編程和PIC編程的結(jié)合，能提高效率但是耗資大，以上多種編程組合方式中，在煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的創(chuàng)新時(shí)，應(yīng)根據(jù)當(dāng)時(shí)情況的需求，因地制宜，因時(shí)制宜，完成編程方式的選擇。

（二）創(chuàng)新系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件的優(yōu)劣對(duì)于煤礦開采工作的順利進(jìn)行也至關(guān)重要，對(duì)系統(tǒng)軟件進(jìn)行創(chuàng)新，意味著對(duì)于不同變化條件可以進(jìn)行更加細(xì)致的滿足，即提高開采效率和開采質(zhì)量。對(duì)這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，需要通過(guò)進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)部軟件的處理，處理得當(dāng)則是完成這一目標(biāo)的關(guān)鍵步驟之一。對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部軟件的處理，應(yīng)用直觀的圖表來(lái)展現(xiàn)組合裝配，不僅是PIC系統(tǒng)應(yīng)用過(guò)程中的關(guān)鍵步驟，同時(shí)也是技術(shù)上的難點(diǎn)。系統(tǒng)創(chuàng)新或優(yōu)化的工作，應(yīng)該從自身的規(guī)模進(jìn)行，在了解煤礦開采工作實(shí)際需求的前提下，進(jìn)行工作設(shè)計(jì)，選擇軟件的參數(shù)，并且進(jìn)行合理搭配，使優(yōu)化/創(chuàng)新之后的系統(tǒng)可以與煤礦的實(shí)際運(yùn)行情況相匹配，然后在實(shí)際操作過(guò)程中，完成對(duì)工效和質(zhì)量的提升。

（三）創(chuàng)新系統(tǒng)硬件

系統(tǒng)硬件和系統(tǒng)軟件可以互為參照，缺一不可，都是在電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中屬于重要部分。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)硬件主要會(huì)涉及到輸入及輸出的設(shè)備。相應(yīng)的，對(duì)系統(tǒng)硬件的優(yōu)化也包括兩個(gè)部分，對(duì)輸入設(shè)備的優(yōu)化和對(duì)輸出設(shè)備的優(yōu)化創(chuàng)新。其中，對(duì)輸入設(shè)備的創(chuàng)新以PIC設(shè)備供電電壓為基礎(chǔ)，一般電壓在85～240 V之間，考慮到煤礦的實(shí)際工作環(huán)境往往比較惡劣，所以需要對(duì)安裝電源進(jìn)行凈化，過(guò)程需要特定的方法考量。電路的創(chuàng)新，通常選擇濾波器和變壓器，兩者進(jìn)行結(jié)合就可以對(duì)電壓進(jìn)行較好的控制。

輸出設(shè)備的創(chuàng)新，則需要對(duì)指示標(biāo)準(zhǔn)和調(diào)試的裝置進(jìn)行選擇，一般可以采用晶體管的輸出方式，此種方法可以保證反應(yīng)速度，同時(shí)對(duì)電流頻率有益。

四、結(jié)語(yǔ)

煤炭資源在我國(guó)的發(fā)展過(guò)程中意義重大，并將持續(xù)作為重要資源為我國(guó)使用，不論是日常生活中，或者工業(yè)發(fā)展中，在這種背景下，對(duì)煤礦開采工作進(jìn)行完善就十分有意義。對(duì)煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行創(chuàng)新研究，是對(duì)該自動(dòng)控制系統(tǒng)性能進(jìn)行提高的有益途徑，只有創(chuàng)新系統(tǒng)的內(nèi)部元件，并更新各部分的工作原理，才可以更好地發(fā)揮其控制作用，對(duì)煤礦開采效率的提高和功能的完善都有很大幫助。

煤礦產(chǎn)業(yè)對(duì)PIC電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用，可以加速煤礦企業(yè)的自身發(fā)展，同時(shí)也可以使整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)算和編程效率得到提升。如該文中討論的結(jié)果，創(chuàng)新設(shè)計(jì)重點(diǎn)可以在創(chuàng)新系統(tǒng)內(nèi)部構(gòu)建，保證輸入電路和輸出電路的穩(wěn)定，且創(chuàng)新系統(tǒng)軟件和硬件，以電路的自身?xiàng)l件和運(yùn)行的環(huán)境來(lái)結(jié)合確保電壓的穩(wěn)定和在正常值范圍。在這種保障和發(fā)展條件下，煤礦產(chǎn)業(yè)將繼續(xù)作為我國(guó)的重要資源支柱，良性、可持續(xù)地得到發(fā)展。

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