关于煤矿机械电气控制系统的设计研究

关于煤矿机械电气控制系统的设计研究

王馥玮,王琳东

淄博金河风机有限公司

摘要：随着我国大力发展社会主义建设，以及各个领域的快速发展，我国对能源的需求在不断加大，尤其是煤炭资源。煤炭资源是保证我国国民经济迅速发展的基础。因此加强对煤矿行业发展的重视，促进其健康长期的发展成为我国关注的重点问题。随着科学技术的创新与完善，机械设备自动化现代化成为保证煤矿产业发展的必须条件。本文针对煤矿电气控制系统设计进行探讨。

关键词：煤矿；机械电气；控制系统；设计

引言

煤矿作为传统能源性资源，对国民经济及社会发展做出了不可磨灭的贡献。虽然目前新兴能源在国民经济中发挥的作用越来越大，并且在能源中所占比重也在逐渐提升，但在现阶段背景下新能源还不可能完全取代传统能源，换句话说，煤矿等传统能源在国民经济中的位置也不能被完全取代。煤矿开采过程中，安全问题一直是人们关注的重要内容，对煤矿机械电气控制系统就行设计是当前煤矿行业研究的主要方向，促进煤矿机械电气控制系统不断设计创新，能够保证国民经济健康发展，使煤矿产业展现出新的活力和创造力。

1电气控制系统设计的要求和内容

电控系统设计涉及的范围比较广，系统从技术设计到产品设计过程中的每一环节都与产品的质量和成本密切相关。电气控制系统设计的要求是：①最大限度地满足机械设备对电气控制的要求；②协调处理机与电的关系，采用机电结合的方法，达到系统的控制要求；③设计方案力求简单，防止盲目追求高性能、高指标；④积极采用新技术、新工艺；⑤科学合理的选用电器元件，减少元器件的品种及规格，降低生产成本；⑥操作、维护要方便，外形协调美观。

2设计步骤

2.1初步设计

初步设计可由机械设计人员和电气设计人员提出，由电气设计人员完成初步设计。这是研究系统和电气控制装置的组成，制定最佳控制方案的初步阶段，是技术设计的依据。初步设计阶段要根据机械设计人员提出的要求，收集同类产品的参考材料，进行详尽的分析，慎重的采用新技术、新工艺，并对一些新技术、新工艺、新结构、新组件等进行必要的试验研究，提出系统中采用的专用元器件的技术要求。

初步设计要确定以下内容：机械设备名称、用途、工艺过程、技术性能、传动参数及现场条件；供电电网种类、电压等级、频率和容量；对电气控制的特性要求，如电气控制方式、自动化程度、自动工作循环的组成、电气保护及联锁等；对电气传动的基本要求：如传动方式、电动机选择、负载特性、调速范围、平滑度及对电动机启动、制动等；有关操作及显示方面的要求；电气传动自动控制的原理性方案及预期的主要技术性能指标，提出若干参考方案，并进行技术性能比较，供用户选择；投资费用估算及技术经济指标。

2.2技术设计

技术设计是依据初步设计中提供的内容和方案完成电气控制设计，技术设计要完成以下内容：对系统设计中某些环节做必要的试验，并写出试验报告；绘出电气控制系统的电气原理图；编写系统参数计算书；选择整个系统的元器件，提出专用元器件的技术指标，编制元器件明细表；编写技术设计说明书，介绍主要技术性能指标及运行维护条件和施工安装要求；绘制电控装置组合布置图、出线端子图等。

3工艺设计

3.1电气设备总体布置设计

电气设备由电器元件组成，器件按照各自的作用均有一定的装配位置。有些器件安装在控制柜中，如继电器、接触器、控制调节器等各种控制电器，有些器件安装在机械设备的相应部位上，如传感器、行程开关、接近开关等。还有些器件则要安装在面板或操作台上，如各种控制按钮、指示灯、显示器、指示仪表等。因各种电器的安装位置不同，在构成电气控制装置时一定要划分为部件、组件等，还要考虑部件、组件间的电气连接。总体布置设计合理与否会直接影响电气控制装置的制造、装配、运输、调试、操作、维护及运行。

3.2布置图绘制

在电器元件位置确定后，就可绘制对应的电器布置图。图上元件根据元器件外形绘制，其外形尺寸一定符合该元器件的最大轮廓尺寸。图上要标注各元器件代号和相互间距。间距尺寸可不给公差连续标注，但尺寸不可封闭。通常以左端和下端作基准尺寸，安装布置在板上的元器件，要按照布置图画出元器件安装开孔图。

3.3接线图的设计

接线图是电控设备进行柜内布线的依据图样，它是按照系统电气原理图及电器元件布置图绘制的。接线图应有以下要求：①线图要按布置图上的元器件相对位置绘出元器件对应的图形符号或简化外形图，并标出其代号和端线号；②所有元器件代号和端线号要与电气原理图中元器件代号和端线号相一致；③接线图上同一电器元件的各部分，如继电器的触头与线圈等画在一起。

3.4控制面板

控制面板上布有操作件和显示件，它的操作件通常布置在目视的前方，元器件按操作顺序从左到右再由上到下布置，还可按目视的生产流程布置，尽量把高精度调节、连续调节、频繁操作件配置在右方。急停按钮应选择大型蘑菇头按钮，并布置在控制面板上不可防止碰撞的位置。

3.5导线的选择

装置中控制电路中的导线截面，要根据规定的截流量选用。根据机械强度需要，低压电控设备的控制导线，一般使用1.5mm

2或2.5mm2的导线。导线的截面应大于0.75mm2的单芯铜绝缘线，或大于0.5mm2的多芯铜绝缘线。电流很小的线路，导线最小截面应大于0.2mm2。

4在设计中必须注意的环境因素

4.1气候环境

温度与其他环境因素结合成为主要的破坏应力。高温环境下使用的设备在设计时一定要考虑功率器件、发热元件的降级使用，如电阻、电子电力器件、电动机等，考虑强制的冷却手段：风冷、水冷、蒸发冷却等。而过低的环境温度会使空气的相对湿度增大，材料收缩变脆，润滑变差。电控装置运行时总要把部分电能变成热能，使机内温度高过环境温度。有些设备在低温环境下应预热，一些闲置设备应定期开机排湿。

湿度对电控装置在最高环境温度为＋40℃时，相对湿度不超过50%，较低温度时，允许有较高的相对湿度在+20°以下允许90％相对湿度。温度与湿度因素结合容易产生较大的破坏作用。在湿度高时物体表面常附着一层水膜，会降低产品表面的绝缘电阻，造成产品电气绝缘性能降低，加剧化学腐蚀和霉化。而湿度过低可能造成静电荷积蓄，静电对电子器件影响很大。气压对电控装置的影响是指低气压。海拔较高的区域气压低，这会造成空气绝缘强度下降，灭弧困难。

风沙、灰尘环境下。电器触点积有砂尘导致触点接触电阻增加，器件表面的砂尘会磨损防护层，导电的灰尘可能引起绝缘漏电和短路。在设计时要注意控制箱、柜的密封性，注意冷却与防护矛盾，设计要综合考虑防护措施。

4.2机械环境

机械环境一般是机械振动环境，不同环境的振源频带相差较大，在设计时要提高元器件、组件和装置的抗振能力，设备的共振频率一定在振源频率范围外。在振源与敏感元件、部件之间加隔离措施，改善安装环境的振动状况。

4.3电磁场环境

电磁干扰对电控设备作业的可靠性影响较大，严重时还影响系统的正常工作。系统抗干扰要针对干扰源的特点，对干扰加以抑制。产生电磁干扰是3个因素同时存在：干扰源、传输途径、相对于干扰敏感的接收电路。抗电磁干扰的要求是抑制噪声源、消除干扰产生的原因，阻断干扰进入敏感部件的途径，加强受干扰部件抗电磁干扰能力，降低噪声敏感度。提高设备的抗干扰能力要从设计阶段开始，并贯穿于制作、调试和使用维护的全过程。如果在设计阶段考虑抑制干扰问题，能消除多数干扰，技术难度较小，成本较低。设计中抗干扰措施非常重要。要优选电路，精选元器件，运用电源滤波抑制由交流电源引入的电网干扰，通过封闭干扰源或被干扰部件，阻止相互干扰影响，提供基准电位和安全地电位，消除干扰，切断共地藕合通道，抑制地环路引入的干扰，正确布线，合理布局。

5结束语

随着科学技术的飞速发展，电气自动化控制系统在煤矿开采过程中的应用越来越广，大大地提升了煤矿开采的效率，提高了开采质量。但目前采煤作业方面电气自动化控制系统存在一些软硬件等方面的问题还没有得到解决。因此，煤矿企业应当针对当前问题，增加对技术及设备等方面的投入，不断对电气自动化控制系统进行优化改进，从而满足当下煤矿生产的需求，进一步在提升煤矿企业经济效益的前提下保障作业人员的生命安全。

参考文献

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