軟啟動技術(shù)下的煤礦電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

馬麗茹

（長治職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 長治 046000）

軟啟動技術(shù)憑借自身高準(zhǔn)確性、強(qiáng)靈活性等特征,被廣泛應(yīng)用于煤礦電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，不僅有效優(yōu)化了煤礦生產(chǎn)工序，提高生產(chǎn)效率，還提高了煤礦企業(yè)的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，為進(jìn)一步提升生產(chǎn)力和市場核心競爭力提供重要的技術(shù)支持。因此，在軟啟動技術(shù)的應(yīng)用背景下，如何科學(xué)設(shè)計(jì)煤礦電氣控制系統(tǒng)是技術(shù)人員必須思考和解決的問題。

1 軟啟動概述

1.1 軟啟動器工作原理

軟啟動器主要由三對晶閘管組成。利用晶閘管可將電源與被動電動機(jī)進(jìn)行有效串聯(lián)，使兩者建立起有效聯(lián)系。軟啟動器工作原理為：通過采用控制觸發(fā)脈沖的方式，科學(xué)調(diào)節(jié)觸發(fā)角度，從而獲得比較合理、科學(xué)的端電壓，起到調(diào)速電動機(jī)的作用。隨著電動機(jī)運(yùn)行時(shí)間的不斷延長，晶閘管的導(dǎo)通性能和輸出電壓值會呈現(xiàn)不斷增加的趨勢，為實(shí)現(xiàn)軟啟動器的平穩(wěn)啟動打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1.2 軟啟動選擇

為提高煤礦企業(yè)的生產(chǎn)力和市場核心競爭力，保證煤礦生產(chǎn)的穩(wěn)定性、可靠性和安全性，在設(shè)計(jì)煤礦電氣控制系統(tǒng)前，要從以下方面入手，做好對軟啟動器的科學(xué)選用。（1）選生產(chǎn)廠家。在該環(huán)節(jié)要優(yōu)先選擇較正規(guī)且信譽(yù)良好的生產(chǎn)廠家，以保障質(zhì)量，從而避免因軟啟動器質(zhì)量不達(dá)標(biāo)影響后期煤礦電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)效果。（2）選型。在綜合考慮負(fù)載實(shí)際需求的基礎(chǔ)上，將離心泵設(shè)置為煤礦電氣控制系統(tǒng)的主要負(fù)載設(shè)備，同時(shí)確保所選用的軟啟動器具有強(qiáng)大的帶泵控制功能。此外，為提高煤礦電氣控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，系統(tǒng)內(nèi)部還需安裝兩種保護(hù)裝置：欠載保護(hù)裝置以及防相位顛倒保護(hù)裝置。（3）選規(guī)格。為保證軟啟動器選擇的科學(xué)性和合理性，需綜合考慮標(biāo)準(zhǔn)功率、負(fù)載性質(zhì)以及電流大小等規(guī)格參數(shù)。技術(shù)人員在選擇軟啟動器時(shí)只有做到以上幾點(diǎn)，才能選出合適的軟啟動器，為后期煤礦電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供有力的保障。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路

在軟啟動技術(shù)的應(yīng)用背景下，為進(jìn)一步提高煤礦電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)效率和效果，技術(shù)人員要針對礦井自動化控制需求，加強(qiáng)對項(xiàng)目的實(shí)時(shí)管控[1]。該項(xiàng)目主要包含以下子系統(tǒng)：調(diào)度監(jiān)控中心系統(tǒng)、礦井工業(yè)電視系統(tǒng)、自動化監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和地面供配電自動化監(jiān)控系統(tǒng)。這些子系統(tǒng)作為整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，其設(shè)計(jì)水平直接影響系統(tǒng)的運(yùn)行性能，因此必須重視其設(shè)計(jì)。

2.2 煤礦供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

煤礦供配電系統(tǒng)是煤礦電氣控制系統(tǒng)的主要子系統(tǒng)，在具體設(shè)計(jì)中，首先要將礦井變電站位置集中在主工業(yè)區(qū)場地，同時(shí)將變電站總?cè)萘吭O(shè)置為63 000kV·A。其次，根據(jù)電壓等級，針對變電站使用需求，科學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)出線路，保證變電站供電的穩(wěn)定性和可靠性[2]。此外，重視對井下高壓配電系統(tǒng)的科學(xué)應(yīng)用，以滿足礦井的安全生產(chǎn)需求?，F(xiàn)以礦井工作面為研究對象，采用供電計(jì)算的方式，從以下方面入手實(shí)現(xiàn)對供電系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，為進(jìn)一步提高供電系統(tǒng)的運(yùn)行性能打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。（1）在綜合考慮大采工作面總長度的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對供電設(shè)備的科學(xué)布局和設(shè)計(jì)，向大采工作面提供電源，確保工作面能夠可靠、穩(wěn)定、安全運(yùn)行[3]。（2）技術(shù)人員按照表1 所示的主要負(fù)荷核算設(shè)備參數(shù)，對采煤機(jī)、破碎機(jī)以及輸送機(jī)的負(fù)荷進(jìn)行科學(xué)計(jì)算。

表1 主要負(fù)荷核算及設(shè)備參數(shù)

在設(shè)計(jì)中盡可能降低電式軟啟動器的操作次數(shù)，采用科學(xué)布設(shè)電纜線的方式，減少電纜線的使用量，以達(dá)到節(jié)能降耗的目的[4]。此外，在對工作面配電軟啟動器進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，要將該軟啟動器設(shè)置在配電點(diǎn)附近，確保供配電系統(tǒng)運(yùn)行性能。LoRa 屬于遠(yuǎn)距離無線電，主要由Semtech公司創(chuàng)建和研發(fā)，具有低功耗、傳播距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。利用LoRa 不僅可突破傳統(tǒng)傳輸距離與功耗計(jì)算方式的局限性，還能為用戶提供一個(gè)電池壽命長、存儲容量大的遠(yuǎn)距離通訊系統(tǒng)，為進(jìn)一步拓展傳感網(wǎng)絡(luò)，解決無線傳輸效率低問題發(fā)揮重要作用。變電所配置設(shè)計(jì)示意如圖1 所示。

圖1 變電所配置設(shè)計(jì)示意

3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

技術(shù)人員要嚴(yán)格按照圖2 所示的系統(tǒng)核心功能設(shè)計(jì)示意圖，完成對自動化監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)功能、井下供排水自動化功能、KTC101 集控功能的科學(xué)設(shè)計(jì)，為用戶帶來良好的使用體驗(yàn)。

圖2 基于軟啟動煤礦電氣控制系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)示意

3.1 自動化監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)功能設(shè)計(jì)

自動化監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)功能設(shè)計(jì)主要是借助以太網(wǎng)，將信號以及工業(yè)控制相關(guān)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行情況安全、可靠地傳輸?shù)秸{(diào)度監(jiān)控中心。該功能主要包含以下四個(gè)子功能：傳輸網(wǎng)絡(luò)、自動化監(jiān)控中心、調(diào)度指揮中心以及工業(yè)電視系統(tǒng)[5]。網(wǎng)絡(luò)傳輸是指通過加強(qiáng)對所有網(wǎng)絡(luò)信息傳輸模塊的科學(xué)設(shè)計(jì)，確保相關(guān)信號能夠高效、安全傳輸。自動化監(jiān)控中心是指通過傳輸網(wǎng)絡(luò)，將系統(tǒng)內(nèi)部所有子程序有效結(jié)合，使其成為統(tǒng)一整體，同時(shí)，向自動化控制中心傳輸系統(tǒng)所接收到的信息數(shù)據(jù)，由自動化控制中心向操作人員發(fā)送相關(guān)操作指令，便于操作人員執(zhí)行。另外，在設(shè)計(jì)操作室時(shí)，為進(jìn)一步提高系統(tǒng)運(yùn)行性能，需將供配電系統(tǒng)、運(yùn)輸系統(tǒng)、供水系統(tǒng)以及地面通風(fēng)系統(tǒng)等多種自動化監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行充分結(jié)合[6]。自動化監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)功能在具體運(yùn)用中，需對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備室進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，同時(shí)采用整合信息數(shù)據(jù)的方式，不斷提高網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的智能性、針對性和有效性。為此，需要在所有投影單元中完成對數(shù)字輸入端口的科學(xué)設(shè)計(jì)，同時(shí)采用以太網(wǎng)連接的方式，實(shí)現(xiàn)對RGB 信號的科學(xué)模擬處理，為設(shè)計(jì)和開發(fā)強(qiáng)大的視頻數(shù)據(jù)壓縮功能、自動化控制功能創(chuàng)造良好條件。自動化監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)功能是煤礦電氣控制系統(tǒng)的核心功能，其設(shè)計(jì)水平直接影響系統(tǒng)的運(yùn)行性能，因此必須重視這一核心功能的科學(xué)設(shè)計(jì)，提升用戶的使用體驗(yàn)。

3.2 井下供排水自動化功能設(shè)計(jì)

技術(shù)人員在設(shè)計(jì)時(shí)須重視對井下排水問題的解決[7]。首先要利用中央水泵房實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的智能化控制和管理，同時(shí)將系統(tǒng)劃分為兩個(gè)子系統(tǒng)：井下排水自動化監(jiān)控系統(tǒng)以及井下恒壓供水自動化系統(tǒng)。通過采用集中控制的方式，對兩個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理，以滿足煤礦生產(chǎn)供排水需求[8]。同時(shí)為實(shí)現(xiàn)對井下生產(chǎn)的自動化、智能化控制，要全面改造和設(shè)計(jì)井下泵房、排水管路的監(jiān)控功能。通過采用總體監(jiān)控的方式，實(shí)現(xiàn)對煤礦的智能化監(jiān)控，從而降低煤礦企業(yè)的人力成本。在對泵房進(jìn)行控制時(shí)，無須專人看管，僅通過智能化監(jiān)控方式，就能實(shí)時(shí)了解和掌握相關(guān)設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀況。在該過程中，技術(shù)人員需借助邏輯控制器，將控制主站設(shè)置在中央水泵房內(nèi)[9]?？刂浦髡具\(yùn)行方式包含以下三種類型：手動運(yùn)行方式、自動化控制方式和遠(yuǎn)程控制方式。操作人員根據(jù)實(shí)際情況從中選擇比較合適的運(yùn)行方式，對控制主站進(jìn)行控制和管理。例如，在使用遠(yuǎn)程控制方式的過程中，操作人員無須到水泵現(xiàn)場進(jìn)行看管，僅利用微機(jī)就可實(shí)現(xiàn)對相關(guān)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的智能化控制和管理，為日常工作帶來極大的便利。在使用自動化控制方式的過程中，相關(guān)設(shè)備會針對地下水位的實(shí)際變化情況，自動進(jìn)行開泵處理或者停泵處理[10]。此外，還要為所有的控制分站配置相應(yīng)的報(bào)警系統(tǒng)和顯示屏幕，便于操作人員實(shí)時(shí)查看設(shè)備運(yùn)行狀況，確保系統(tǒng)自動預(yù)警事故，提高生產(chǎn)的穩(wěn)定性、可靠性和安全性。最后，要將電動控制閥安裝在所有的水泵房中，為提高系統(tǒng)的自動化、智能化控制水平產(chǎn)生積極影響。

3.3 KTC101 集控功能設(shè)計(jì)

KTC101 集控功能設(shè)計(jì)需充分結(jié)合煤礦的實(shí)際生產(chǎn)情況，實(shí)現(xiàn)對功能的科學(xué)設(shè)計(jì)。KTC101 集控功能主要用到了兩臺控制主機(jī)，其中一臺用于對煤礦生產(chǎn)區(qū)域相關(guān)工作面的實(shí)時(shí)監(jiān)控,另一臺負(fù)責(zé)對變頻主機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。同時(shí)，技術(shù)人員要重視工作面控制系統(tǒng)的全面改造和升級，在改造和升級的過程中要盡可能保留和繼承比較成熟、先進(jìn)的集控方式，實(shí)現(xiàn)對變頻一體機(jī)的自動化控制和管理，為實(shí)時(shí)監(jiān)控一體機(jī)的運(yùn)行狀況提供保障。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著我國信息技術(shù)的不斷發(fā)展，煤礦電氣控制系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)并被廣泛應(yīng)用于煤礦生產(chǎn)和管理領(lǐng)域中，為促進(jìn)煤礦企業(yè)管理向智能化、信息化、高效化方向發(fā)展提供重要的平臺支持。該系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中充分利用了軟啟動技術(shù)，促使傳統(tǒng)的電動機(jī)向電子式軟啟動器轉(zhuǎn)變和升級，為提高煤礦智能化控制水平提供了有力的保障。此外，為了充分發(fā)揮和利用軟啟動技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，設(shè)計(jì)和研發(fā)了一款符合煤礦企業(yè)使用需求的煤礦電氣控制系統(tǒng)。

技術(shù)人員要樹立與時(shí)俱進(jìn)的觀念，不斷學(xué)習(xí)與軟啟動相關(guān)的新知識和新技術(shù)，提高自身的專業(yè)能力和設(shè)計(jì)水平，確保軟啟動技術(shù)與煤礦電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)充分融合。這樣不僅有利于保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，還能提高煤礦生產(chǎn)的安全性和效率，并為促進(jìn)煤礦企業(yè)的健康、可持續(xù)發(fā)展，提高煤礦企業(yè)的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益提供重要的平臺支持。