黄坤
陕煤集团陕北矿业神南产业发展有限公司
摘要：在煤矿开采作业的过程中，因为作业环境的复杂程度较高，所以需要依托于较为完善的电气系统来辅助开采活动的推进。电气自动化控制系统的应用，可以结合作业区域的实际情况进行自动化调节，这样可以减少20%到35%的电力消耗，降低了煤矿企业的生产成本，为煤矿企业经济可持续发展提供可靠的动力来源。
关键词：煤矿；电气自动化；控制系统
1电气自动化控制技术
1.1电气自动化控制的概念
该技术在煤矿企业的应用主要集中在利用计算机的技术实现对于煤矿开采全过程的电子化、信息化的把控。在煤矿企业中，可以应用电气自动化控制系统的一般都搭配机电设备的使用，通过信息技术与设备设施的融合，利用网络技术实现机电设备的控制。煤矿企业应用电气自动化控制技术除了关键的煤矿开采环节之外，在煤矿企业内部的开采管理与开采监控上也在利用该项技术。
1.2电气自动化控制的必要性
煤矿这一能源有着悠久的开采历史，同样也有着广泛的使用范围，从煤矿资源的利用特性可以发现煤矿企业虽然数量众多，但是煤炭资源却有着不可再生的特点，因此，在煤矿开采的过程中，煤矿的利用效率是当下煤矿开采的关键，保护资源，在提高开采效率的同时提高资源的利用率既是当前煤矿开采的要求，同时也是资源可持续发展的要求。在煤矿企业利用电气自动化控制技术首先可以应用于煤矿井下通风，通过井下作业环境中该技术的应用从而实现井下空气的流通，将井下有毒的气体经由技术的手段排出，并将井外的新鲜气体输送的井下作业的环境中，从而为井下作业人员提供较为安全的作业环境。其次电气自动化控制系统与人工的操作行为相比有着稳定、规范的特点，因此在煤矿企业中，该项技术的应用有效的避免了由于人员操作而造成的资源浪费，大大提高了煤矿开采稳定性的同时也降低了煤矿开采中人工的投入，提高了煤矿开采的安全性。
2电气自动化控制系统的优化设计要点
2.1机械设备的选型设计
进行电气自动化控制系统设计时，前提条件便是做好机械设备的选型工作，以此来满足电气系统稳定运行的要求。在具体的设计过程中，需要对煤矿现阶段的生产规模进行了解，而且需要对煤矿资源总存储量进行客观分析，综合各项参数内容后，选择满足未来某一阶段或几阶段发展的机械设备，搭配相应的电气系统控制模块，从而提升设备选型的可靠性。目前在系统控制中，使用较多的机械设备为PLC系列产品，包括瓦斯浓度监测设备、巷道通风设备、电气照明设备等，其功率、体积、耗电量都需要结合巷道宽度、采煤能力进行选择，以满足系统控制需求。
2.2I/0点种类的确定
在电气自动化控制系统优化设计阶段，较为基础的应用环节便是进行I/0点种类的确定，在原有设计过程中，I/0点种类相对较少，并且安装地点、安装数量相对固定，这样也导致许多问题的出现，无法满足煤矿后续的生产要求。对此在优化设计中，需要对I/O点数量和类型进行调整，在I/0点数量上，可以在原有区域内增加2-3个节点，同时在类型上，适当选择大容量结构，为软件系统和硬件系统端口串联预留发展余地，在此情况下，系统的运行效果可以得到明显提升，工作效率也将提升15%到20%，进而提高了煤矿生产力。
2.3编程工具的选择
在编程工具的选择过程中，常用的电气自动化系统编程工具有三类，分别是手持式编程器、图形编程器和计算机+PLC软件编程器，不同种类的编程工具在实际应用中，具备了不不同的应用优势。手持式编程器的工作效率较基准值（定义为1）只有75%左右，但是体积较小，携带方便，可用于现场的临时调整。而图形编程器的直观性较强，工作效率在85%到90%之间，在一些中型系统运行阶段具备良好地应用效果。
计算机+PLC软件编程器工作效率可达100%到110%，工作效率处于较高水准，但是无法在现场进行使用，这也是后期发展阶段的要点内容。
2.4输入电路设计
一般情况下，电气自动化控制系统的稳定工作电压在85V到240V之间，具备了较强的适应性，同时在输入电路设计中，还会增加电源净化元件，用于监测线路运行状态，出现电压过低或过高的情况时，也会利用PLC控制器对于异常部位电容进行调整，在出现电路短路时也会及时启动继电保护装置，以此来降低输入电路带来的负面影响。
2.5输出电路和抗干扰系统设计
在输出电路设计过程中，其电压和输入电路保持类似，对其进行优化设计时，需要调整原有电路的输出结构，使用晶体管作为输出介质，而且输出频率应控制在6次/min，结合实际情况做出频率输出调整，并且在抗干扰系统设计中，会在原有基础上增加隔离变压器结构，搭配着接地网，以此来提升系统运行阶段的稳定性。
2.6电气保护系统
在煤矿电气设备工作阶段，使用到的电源电压基本上都以高压为主，这也增加了线路故障时的危险性，若不能及时对其进行抢修，还会影响到生产过程的安全性。针对电气保护系统的优化设计时，首要任务便是对系统调节方式进行调整，常用到的调节模式便是PID模式，在系统工作过程中，可以提前在系统运行位置明确设定值，以此为基础来作为PID调节基础。得到系统传来的调节指令后，电气保护系统也会将信号传递到目标区域，并且系统的执行结果也会反馈到主系统当中进行存储，这也实现了信息的顺利交互，在故障出现后可以及时定位，加快电气故障的检修速度。
2.7电气接地系统
之前章节中已经提到，在煤矿开采活动的推进过程中，所使用到的电气设备工作电压相对较高，并且考虑到作业环境的复杂性，需要做好接地系统的优化设计工作。传统的接地线都是使用单线连接的方式进行使用，但是该系统的笼统性相对较强，无法适用于所有设备，对此在优化设计中，可以对接地方式进行分类，如将其分为防雷接地（应用于地面控制室设备）、静电接地（地下距离静电放射区较近的电气设备）、直流接地（用于电子设备）和屏蔽接地（电辐射较强区域的电气设备）等方式。同时搭配TN-S和TN-C-S接地方式，以此来提高煤矿生产过程中的用电安全性。
2.8电气检修系统
因为工作环境的复杂性，电气自动化控制系统在运行阶段，有时也会因为零件老化或损坏的问题，导致运行故障问题的出现，进而威胁到整个系统运行过程的安全性。在电气检修系统的设计过程中，可以参考2.6中提到的PID模式来参与管理，对于每一个电气设备运行节点情况进行监测，在出现异常数据后也可以及时采取检修措施，从而提高系统运行过程的安全性。
2.9电气监控系统
在煤矿开采过程中，在巷道、通风处、电气设备等位置安装监控设备和传感器设备，对于地下开采活动的推进情况进行监督，如果出现一些突发情况，如瓦斯浓度过高、煤层顶板形变、地下涌水涌砂等情况，此时可以及时做出预警，提醒作业区域的人员快速撤离到安全区域。同时委派应急处理队伍对于安全隐患进行清除，监控系统会对信息进行定期整理，这也是发展“智慧煤矿”的重要数据参数。
3结语
综上所述，为了提升煤矿作业环境的安全性，电气自动化控制系统的完善度也在不断提升，依托于现行系统存在的不足，进行相应的优化设计，不仅可以降低系统运行故障发生率，而且对于加快煤矿生产速度也有着积极的作用。
参考文献
[1]付晓红.电气自动控制系统功能探究[J].电子制作，2014(005)：264-264.
[2]梁秩庄.电气自动控制工程中智能化技术的应用分析[J].数字化用户，2019，025(002)：65.