演講人：日期:煤礦綜采電氣控制技術(shù)目錄CATALOGUE01技術(shù)概述02電氣控制系統(tǒng)組成03關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備04控制原理與方法05安全與監(jiān)控措施06應(yīng)用與未來發(fā)展PART01技術(shù)概述綜采電氣系統(tǒng)總體架構(gòu)高壓供電系統(tǒng)負(fù)責(zé)將地面變電站的高壓電能輸送至井下，通過移動變電站降壓后供給采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)等設(shè)備，需具備防爆、過載保護(hù)及遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。智能控制層由PLC（可編程邏輯控制器）、SCADA（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)）及工業(yè)以太網(wǎng)組成，實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測、故障診斷與自動化聯(lián)動控制。執(zhí)行設(shè)備層包括采煤機(jī)變頻驅(qū)動、液壓支架電液控制系統(tǒng)、皮帶機(jī)軟啟動裝置等，需滿足高粉塵、高濕度環(huán)境下的可靠運(yùn)行。安全保護(hù)系統(tǒng)集成漏電保護(hù)、瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測、急停閉鎖等功能，確保井下作業(yè)安全。核心控制功能與應(yīng)用場景采煤機(jī)智能調(diào)速工作面協(xié)同控制遠(yuǎn)程診斷與維護(hù)能效優(yōu)化管理根據(jù)煤層硬度和牽引速度自動調(diào)節(jié)截割電機(jī)功率，降低能耗并延長設(shè)備壽命，適用于薄煤層、大傾角等復(fù)雜地質(zhì)條件。通過總線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、液壓支架“三機(jī)聯(lián)動”，提升開采效率，典型應(yīng)用于高產(chǎn)高效綜采工作面。利用5G或光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)至地面中心，支持專家遠(yuǎn)程分析故障，減少井下人工巡檢風(fēng)險(xiǎn)。動態(tài)監(jiān)測各設(shè)備能耗，優(yōu)化負(fù)載分配，適用于高電耗礦井的節(jié)能改造項(xiàng)目。技術(shù)發(fā)展背景與意義傳統(tǒng)綜采依賴人工操作，效率低下且安全風(fēng)險(xiǎn)高，電氣控制技術(shù)推動無人化、少人化開采，響應(yīng)國家智能礦山建設(shè)政策。機(jī)械化向智能化轉(zhuǎn)型隨著淺層資源枯竭，深部開采對設(shè)備抗干擾、抗沖擊能力提出更高要求，電氣控制系統(tǒng)需適應(yīng)極端工況。突破國外在高端變頻器、傳感器等領(lǐng)域的技術(shù)壟斷，提升國產(chǎn)綜采裝備的國際市場競爭力。資源開采深度增加通過精準(zhǔn)控制減少設(shè)備空轉(zhuǎn)和無效能耗，降低碳排放，符合綠色礦山發(fā)展理念。環(huán)保與可持續(xù)發(fā)展需求01020403國際競爭與技術(shù)壁壘PART02電氣控制系統(tǒng)組成主控制單元設(shè)備可編程邏輯控制器（PLC）作為核心控制設(shè)備，負(fù)責(zé)接收傳感器信號、處理邏輯運(yùn)算并輸出控制指令，具備高可靠性和抗干擾能力，適用于煤礦井下惡劣環(huán)境。工業(yè)計(jì)算機(jī)（IPC）用于運(yùn)行高級控制算法和人機(jī)交互界面，實(shí)時(shí)監(jiān)控綜采設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，支持?jǐn)?shù)據(jù)存儲與分析功能，提升系統(tǒng)智能化水平。冗余控制模塊采用雙機(jī)熱備或分布式冗余設(shè)計(jì)，確保主控單元在單點(diǎn)故障時(shí)仍能維持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，保障煤礦生產(chǎn)連續(xù)性。傳感器與執(zhí)行器配置環(huán)境監(jiān)測傳感器包括甲烷濃度傳感器、溫度傳感器、粉塵傳感器等，實(shí)時(shí)采集井下環(huán)境參數(shù)，為安全控制提供數(shù)據(jù)支持。設(shè)備狀態(tài)傳感器如油壓傳感器、振動傳感器、位移傳感器等，監(jiān)測采煤機(jī)、液壓支架等關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，預(yù)防機(jī)械故障。電液比例閥與伺服驅(qū)動器作為執(zhí)行器核心部件，精準(zhǔn)調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)壓力和流量，實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)牽引速度、支架推移距離的閉環(huán)控制。通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)工業(yè)以太網(wǎng)主干網(wǎng)采用光纖或屏蔽雙絞線構(gòu)建高速數(shù)據(jù)傳輸通道，支持多協(xié)議兼容（如PROFINET、EtherNet/IP），滿足實(shí)時(shí)控制與大數(shù)據(jù)量傳輸需求?，F(xiàn)場總線子系統(tǒng)通過CAN總線或RS485總線連接分布式I/O模塊與傳感器，降低布線復(fù)雜度，提升信號傳輸抗干擾能力。無線Mesh網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)充在移動設(shè)備（如采煤機(jī)）區(qū)域部署無線節(jié)點(diǎn)，解決有線網(wǎng)絡(luò)覆蓋盲區(qū)問題，確保控制指令的實(shí)時(shí)性與可靠性。PART03關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備PLC控制技術(shù)高可靠性程序設(shè)計(jì)采用模塊化編程和冗余設(shè)計(jì)，確?？刂葡到y(tǒng)在煤礦惡劣環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行，支持實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與邏輯控制，降低故障率。遠(yuǎn)程監(jiān)控與參數(shù)調(diào)整通過地面監(jiān)控中心對井下PLC進(jìn)行遠(yuǎn)程配置和參數(shù)優(yōu)化，適應(yīng)不同煤層條件的開采需求。多協(xié)議通信集成支持Profibus、Modbus等工業(yè)通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)綜采設(shè)備（如采煤機(jī)、液壓支架）的協(xié)同控制，提升自動化水平。故障診斷與自恢復(fù)內(nèi)置診斷功能可快速定位傳感器或執(zhí)行器異常，并觸發(fā)備用程序或報(bào)警，減少停機(jī)時(shí)間。變頻驅(qū)動系統(tǒng)通過四象限變頻器將制動能量反饋至電網(wǎng)，提高系統(tǒng)能效，減少散熱需求。能量回饋與節(jié)能設(shè)計(jì)基于主從控制算法協(xié)調(diào)多臺驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)速，確保長距離皮帶輸送機(jī)的張力均衡與同步運(yùn)行。多電機(jī)同步控制配置輸入電抗器和濾波器，抑制高頻諧波對電網(wǎng)的污染，符合煤礦防爆電氣標(biāo)準(zhǔn)。諧波抑制與EMC防護(hù)針對采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)等大慣性負(fù)載，采用矢量控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)平滑啟停和精確調(diào)速，降低機(jī)械沖擊與能耗。大功率變頻器應(yīng)用保護(hù)與監(jiān)控裝置4應(yīng)急斷電與閉鎖機(jī)制3防爆型視頻監(jiān)控2分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)1綜合保護(hù)繼電器當(dāng)瓦斯超限或設(shè)備故障時(shí)，自動觸發(fā)快速斷電并閉鎖關(guān)聯(lián)設(shè)備，防止事故擴(kuò)大，符合AQ1029標(biāo)準(zhǔn)要求。部署溫度、振動、氣體濃度傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測設(shè)備狀態(tài)與環(huán)境參數(shù)，數(shù)據(jù)通過工業(yè)以太網(wǎng)傳輸至集控平臺。本安型攝像儀配合紅外照明，實(shí)現(xiàn)對采煤工作面關(guān)鍵區(qū)域的24小時(shí)可視化監(jiān)控，支持AI識別設(shè)備異常行為。集成過載、短路、漏電、欠壓等保護(hù)功能，采用數(shù)字化測量芯片提升動作精度，保障高壓配電系統(tǒng)安全。PART04控制原理與方法邏輯控制策略通過PLC編程實(shí)現(xiàn)設(shè)備啟停、運(yùn)行狀態(tài)的邏輯聯(lián)鎖，確保采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)等核心設(shè)備按預(yù)設(shè)流程協(xié)同工作，避免誤操作導(dǎo)致的系統(tǒng)沖突或設(shè)備損壞。多級聯(lián)鎖保護(hù)機(jī)制時(shí)序控制優(yōu)化冗余控制設(shè)計(jì)基于工藝需求動態(tài)調(diào)整液壓支架推移、采煤機(jī)截割等動作的時(shí)序邏輯，減少空載能耗并提升循環(huán)作業(yè)效率，同時(shí)兼容手動干預(yù)模式以應(yīng)對突發(fā)工況。采用雙CPU冗余架構(gòu)和熱備通信模塊，當(dāng)主控系統(tǒng)失效時(shí)自動切換至備用單元，保障綜采工作面連續(xù)生產(chǎn)的安全性及穩(wěn)定性。速度與位置調(diào)節(jié)變頻驅(qū)動閉環(huán)控制通過矢量變頻器實(shí)時(shí)監(jiān)測電機(jī)轉(zhuǎn)速與負(fù)載轉(zhuǎn)矩，動態(tài)調(diào)整采煤機(jī)牽引速度，確保截割滾筒在硬巖或夾矸層工況下保持恒功率輸出，降低機(jī)械沖擊。高精度定位反饋集成編碼器與激光測距儀實(shí)現(xiàn)液壓支架的毫米級定位，結(jié)合CAN總線傳輸數(shù)據(jù)至中央控制器，實(shí)現(xiàn)支架群組自動跟機(jī)移架，減少人工校準(zhǔn)誤差。自適應(yīng)調(diào)速算法基于煤流傳感器反饋的煤量信號，智能調(diào)節(jié)刮板輸送機(jī)鏈速，平衡運(yùn)輸效率與能耗，避免因過載造成的堆煤或斷鏈?zhǔn)鹿?。故障診斷機(jī)制多參數(shù)融合預(yù)警系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集電機(jī)溫度、振動、電流諧波等數(shù)據(jù)，通過模糊推理模型評估設(shè)備健康狀態(tài)，提前預(yù)警軸承磨損、絕緣老化等潛在故障。故障樹分析（FTA）應(yīng)用遠(yuǎn)程專家協(xié)同診斷構(gòu)建綜采設(shè)備故障樹數(shù)據(jù)庫，結(jié)合歷史運(yùn)維記錄快速定位短路、過載等電氣故障的根本原因，縮短平均修復(fù)時(shí)間（MTTR）。利用5G網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)上傳至云端，通過專家系統(tǒng)與AR眼鏡輔助維修人員識別復(fù)雜故障，并提供標(biāo)準(zhǔn)化處置方案。123PART05安全與監(jiān)控措施安全標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范電氣設(shè)備防爆要求所有井下電氣設(shè)備必須符合防爆等級標(biāo)準(zhǔn)，包括隔爆型、增安型等，確保在易燃易爆環(huán)境中安全運(yùn)行，避免電火花引發(fā)事故。01絕緣與接地保護(hù)嚴(yán)格執(zhí)行絕緣電阻測試和接地電阻規(guī)范，防止漏電或短路導(dǎo)致設(shè)備損壞或人員觸電，定期檢查電纜、開關(guān)柜等關(guān)鍵部件。過載與短路保護(hù)配置智能斷路器、熔斷器等保護(hù)裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)測電流異常并切斷故障電路，保障綜采設(shè)備在額定負(fù)載范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行。人員操作資質(zhì)管理要求操作人員持證上崗，定期進(jìn)行安全培訓(xùn)，熟悉設(shè)備操作規(guī)程和應(yīng)急預(yù)案，減少人為誤操作風(fēng)險(xiǎn)。020304實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)部署溫度、濕度、瓦斯?jié)舛?、振動等傳感器網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)采集環(huán)境與設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，并通過工業(yè)以太網(wǎng)傳輸至控制中心。多傳感器數(shù)據(jù)采集01采用SCADA系統(tǒng)集成數(shù)據(jù)，動態(tài)顯示設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、故障報(bào)警及定位信息，支持歷史數(shù)據(jù)回溯與分析?？梢暬O(jiān)控界面02基于機(jī)器學(xué)習(xí)算法分析異常模式，提前預(yù)警潛在故障（如電機(jī)過熱、皮帶撕裂），輔助維護(hù)人員快速定位問題。智能預(yù)警與診斷03支持地面控制中心遠(yuǎn)程啟停設(shè)備，并與通風(fēng)、排水系統(tǒng)聯(lián)動，確保災(zāi)害發(fā)生時(shí)快速響應(yīng)。遠(yuǎn)程控制與聯(lián)動04應(yīng)急處理流程分級報(bào)警機(jī)制斷電與疏散預(yù)案故障隔離與搶修事后分析與改進(jìn)根據(jù)故障嚴(yán)重程度劃分報(bào)警等級（如一級為停機(jī)報(bào)警，二級為預(yù)警），明確不同級別對應(yīng)的處置權(quán)限和響應(yīng)時(shí)間。發(fā)生瓦斯超限或火災(zāi)時(shí)，自動觸發(fā)區(qū)域斷電并啟動聲光報(bào)警，引導(dǎo)人員沿預(yù)設(shè)避災(zāi)路線撤離至安全區(qū)域。通過分段式配電設(shè)計(jì)隔離故障點(diǎn)，搶修團(tuán)隊(duì)攜帶防爆工具進(jìn)入現(xiàn)場，優(yōu)先恢復(fù)關(guān)鍵設(shè)備供電與通風(fēng)功能。記錄事故處理全過程，召開分析會議優(yōu)化流程，更新設(shè)備維護(hù)計(jì)劃或系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置以預(yù)防同類事件。PART06應(yīng)用與未來發(fā)展實(shí)際工程案例高海拔煤礦電氣適應(yīng)性改造針對高原低壓缺氧環(huán)境，優(yōu)化電氣設(shè)備絕緣性能與散熱設(shè)計(jì)，確保綜采設(shè)備在極端條件下的穩(wěn)定運(yùn)行。遠(yuǎn)程監(jiān)控與故障診斷系統(tǒng)在深井開采項(xiàng)目中，部署了基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺，可實(shí)時(shí)分析設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，提前預(yù)警潛在故障，減少非計(jì)劃停機(jī)時(shí)間。智能化采煤工作面控制系統(tǒng)某大型煤礦采用綜采電氣控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了采煤機(jī)、液壓支架、刮板輸送機(jī)的協(xié)同控制，通過傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)測設(shè)備狀態(tài)，提升采煤效率并降低故障率。技術(shù)發(fā)展趨勢綠色低碳技術(shù)集成開發(fā)變頻驅(qū)動與能量回饋系統(tǒng)，將制動能量轉(zhuǎn)化為電能再利用，降低綜采設(shè)備的碳排放強(qiáng)度。03利用5G低延遲特性傳輸設(shè)備數(shù)據(jù)，結(jié)合邊緣計(jì)算實(shí)現(xiàn)本地化決策，減少云端依賴，提高響應(yīng)速度。025G與邊緣計(jì)算應(yīng)用人工智能與機(jī)器學(xué)習(xí)融合通過深度學(xué)習(xí)算法優(yōu)化采煤工藝參