煤矿机械电气设备自动化调试技术的分析

陈明生

（山西焦煤集团西山煤电股份有限公司， 山西 古交 030203）

引言

随着中国科学技术及社会市场经济的飞速发展，社会各阶层对煤矿资源的需求也随着时间的推进稳步递增。为了满足社会各阶层发展的需求条件，煤矿机械电气设备自动化的调试技术必须更加完善，从而才能最大限度地保证设备性能稳步提高[1-2]。由于煤矿机械设备在实际运行过程中的运行质量以及相应的运行效率直接影响到煤矿运行设备的生产能力，因此有必要进行改进以使煤矿生产能力最大化，集成的电气自动化调试技术对充分保障煤矿生产的效益而言，无疑是极为关键的。

1 设备自动化技术的调试原则

根据以往的煤矿工程施工建设情况，煤矿机械电气设备自动运行的基本运行方式必须遵循以下原则[3]：

1）管理人员必须根据实际情况进行指导并基于煤矿的实际开采情况制定合适采矿计划，并以此为实际指导基础进行设备管理，避免对采矿业务的发展产生不利影响。

2）煤矿井地下操作人员应在安装时适当安排电气设备，并遵循相关的工程设计和说明标准，以确保设备能够在最高水平上适应地下操作环境，设备选择应以设备的耐用性、安全性为基准，从而最大程度在保证施工人员的人身安全下，减少煤矿运营的成本。

3）必须雇用专业人员来操作相关的工程设备和工具。同时，相关责任领导及员工应定期执行资格审查措施及施工技能培训，调试前必须检查所有设备的连接性及有效性，以确保设备能够安全有效地运行。

4）完善自动运行监控管理流程，着力管理煤矿通用运行机制，避免人为因素造成设备损坏，提高井下作业质量及保障人员安全。

2 自动化调试技术的作用

第一，自动化调试技术能够在煤矿机械设备的实际运行环境中大大提高机械设备的适应性[4]。为了实现各种煤矿机械电气设备的自动操作，必须在相应的设备上安装传感器，并将设备中的相关信息发送到控制中心。在传感器的控制下，煤矿机械电气设备的控制中心就可以识别实时信息，并且设备管理员可以就实时信息跟踪设备操作，从而大幅降低煤矿机械的故障率，以执行相应的控制准则。

第二，自动化调试技术能够在相当可期的程度上大大提高煤矿资源运输通道的运输效率，节约企业自身的资源输出及成本支出。中国的煤矿储量很大，且是国家战略发展中较为关键的产业。但是，在煤矿行业的具体化、实际化的生产环节中，煤矿的生产及运输这两个重要的环节仍旧是阻碍煤矿产业发展的最大化阻力，因此往往需要付出较多的劳动力和物质资源，也将导致更多的安全事故的发生[5]。

第三，自动化调试技术极大地提高了负责监督煤矿生产的负责人员对于煤矿实际情况的监管效率。由于地下煤矿的主要生产过程（例如煤矿的开采和运营）很难由负责的经理和相关技术人员来根据实际情况单独且到位地完成地下监视工作。因此，很难收集到有关煤矿设备和煤矿生产流程中的实际运行数据及情况。现阶段新开发出来的安全监控系统为煤矿在地下生产过程的安全生产提供有效的技术支持及经验分析。它包括一个网络监控系统，一个用于煤矿生产的监控系统和一个员工监控系统，可以从许多不同角度全面监视地下的煤矿生产过程。

3 自动化调试技术的应用

3.1 控制模式

煤矿机械在不断高速运转的过程中会有许多相应的设备对系统进行控制，比如压强控制方面的流体液压形态的控制设备、煤矿采集挖掘方面的采煤机器、保持空气流通能够在实际较为复杂的地底环境中运行的通风系统以及在地底正常运行的供电系统等，在实际的计算过程中应最大限度地提高自动化调度系统设计的科学性及合理性，以保证将每项设备的作用充分发挥出来，提高煤矿机械设备生产的安全性及可靠性。

3.2 差动保护

计算机信息技术的不断革新大大地提升了煤矿机械设备中微机差动保护装置的使用频率及使用范围[6]。与其他具有不同特异性的保护设备相比较而言，差动保护设备在实际的设备保护环境的运行方面往往都是建立在运行装置的数字算法基础上最大限度地实现系统的功能。因此，它具有易于接线，易于维护和易于操作的优点，从而使其在煤矿的机电系统的运用中变得越来越普遍。在微机型差动保护中，煤矿机械和电气设备系统的变压器主要使用11点接线方式进行工作模式运作。Y/Y连接方式通常用于保护变压器差动模式，这种连接方式在计算机保护设备两侧的电流之间能够引起较大的相移，呈现出简易化与智能化。同时，为了消除该设备装置的相位偏差，通常在其内部运行软件中设置设定值，然后校正相位偏差。当前，经常在实际生产中对计算机差动保护装置进行测试，以验证采样的准确性和保护算法的功能，常见的方法是单相实验法及三相测试法[7]。

图1显示了差动保护测试的电路图。在图1中，在Δ较大的一侧加上相同的两相电流就可以使实验装置A相的差动化以曲线化的形态呈现出来，A和C两端的电压相位电流及波动幅度相等，其差异度皆为180°；接着再在Y段引入A端上的相电流，并使其与Δ侧的A相相位波动程度维持在180°，从而完成设备运行硬件前提中的实验接线工作。

一般情况下，在实际的的煤矿设备装置保护过程中，相比流程化稍微简单一些的单相实验法，三相实验法因为其多相的接地原因，其在设备的差动保护方面更具可靠性及实用性，因此如果在基于自身条件及自身可用资源的情况下，笔者建议相关的煤矿企业还是尽量采用三相实验法，与图1单相实验法不同，Δ侧输入的电流值相位与Y侧输入的电流值相位差并不是180°，具体见表1。

图1 差动保护实验接线图

表1 实验保护相位区别

当然，在实际背景下的煤矿开采及生产线运行的统一流程中，装置中差动保护内容方面的单相实验法以及较为安全且常用三相测试法都能够在一定程度上使相关的煤矿运行设备处于数字化状态下的差动保护中切实有效地收获到较为准确的实验数据及实验结果，均可实现有效的差动保护，具体而言，相关煤矿生产企业要根据自身的实际情况及条件优劣点选择最为适用于自身的方法。

3.3 监控管理系统

煤矿机械化自动调试技术的使用不仅会随着科学技术的发展逐渐趋于稳定，而且未来，相关国家企业及公司都能够积极地、正确地引进与设备技术相关及安全相关方面先进的安全监控系统，从而在宏观及微观层次上最大化地提高对煤矿设备的监控水准。目前，国内较为主流的监控煤矿电气设备安全运行的产品主要包括KJ2、K190、TF200等，这些系统也可以统一称为DCS系统。在管理煤矿监控系统时，可通过诸如气体传感器测量、电源的断通电设备、红外线遥控喷雾装备以及风电闭锁等监控设施来有效地保证监控煤矿实际生产路程的日常生产安全及生产的标准性。

3.4 调试与移交程序

为了更大程度地使设备在调试过程中高度、持续地呈现自动化状态，我们应该强化设备的实际调试操作工作和转移系统的建设相关工作。使用高能化的调试设备系统通常可以为煤矿实际工作过程中的自动化调试技术的操作创建更强大的操作平台，并确保相关的设备运行及人工操作可以完成自动化调试工作内容。在设备维护过程中，相关的硬性设备维护人员以及技能层次的专家应较为仔细地对设备故障进行全面、系统性地分析，从而能够精确找到问题的有效解决方案。并在基于自身能力及企业资源条件的基础上最大程度地防止重复发生此类问题。另外，在机械电气设备运行及维护的实际操作过程中，必须确保已完成煤矿机械设备的故障排除、数据传输效率的提高及传输数据方面的完善性。根据煤矿电气设备自动化调试技术的过程及内容，最大限度地确保电气设备有效维护的全面完整性及综合运行性，保证煤矿机械电气设备在实际运用环境中的稳定运行与高效率化状态，以达到提高运行维护效果的研究目的。

3.5 检测控制系统

开展系统检测机械自动化调试技术必须结合先前的制造经验来确定采集和控制系统的设计，并将这些经验及实际所收集到的系统运行数据转换为数字指令数据并存储在系统数据库中，以为煤矿机械化系统的自动调试高智能化技术提供数据支持。当系统正在运行并且数据采集系统已接收到信息时，它将与实际所收集到的实时数据进行比较和分析，以最大程度地提高操作系统设备的实时状态。并根据此状态调整设备的运行功能，以确保设备始终保持良好的运行状态[8]。图2显示了用于煤矿机械的自动化调试设备的整体流程体系和控制的原理图。

4 结语

煤矿开采是发展中国经济和社会市场的重要支柱且很难通过别的资源来替代的产业。在煤矿机械不断运行过程中，电气设备的自动调试及设备在实际运行过程中的故障排除技术仍然能够在相当长的一段时间内成为机械设备开发及使用方面的重要技术应用。在实际的矿井开采过程生产中，煤矿设备工程师应根据科学技术及科学理论、最大限度地切合实际生产需求，选择与煤矿的实际情况和生产要求相匹配的煤矿调试技术排除故障，以进一步改善对采矿设施运行的监控。通过新技术实现并提高采矿工厂的自动化水平，用科学的方法提高煤矿自动化控制的生产效率，从而更好地提升煤矿机械设备生产质量。

图2 煤矿机械电气设备自动化调试运行流程图