煤矿机电设备电气自动控制课程设计 (2)

97自动化控制Automatic Control电子技术与软件工程Electronic Technology & Software Engineering我国矿产资源丰富，随着改革开放的深入，国家生产力得到很大发展。

新世纪后煤炭行业发生巨大变化，我国成为世界第一产煤大国。

同时安全生产矛盾尖锐，影响矿井安全生产的因素有很多，主要包括井下起火等。

瓦斯爆炸破坏作用大，是大火混合型爆炸灾害。

对煤矿设备工作状态实时监控非常必要，能保障设备安全可靠运行，减少运行人员离散，为大型设备生产集中控制信息化奠定基础。

现代化煤矿生产中安全生产离不开自动化控制装置，电气自动化控制系统是实现煤矿高效率生产的关键手段。

如何优化煤矿电气自动化控制系统设计，提升系统安全性是目前煤矿企业关注的问题。

1 煤矿电气自动化控制技术概述煤矿企业电气自动化控制技术应用涉及到煤矿开采各方面，技术基础理论是电气自动化控制系统。

电气自动化控制技术应用主要集中于对煤矿开采电子化控制，可以应用电气自动化控制系统的搭配机电设备使用，利用网络技术实现机电设备控制。

煤矿企业内部开采管理使用电气自动化控制技术[1]。

自动控制是无人参与下，利用外加设备使机器设备按照预定规律运行。

自动控制技术研究有利于提高工作效率。

第一代过程控制体系基于5-13psi 气动信号标准。

第二代过程控制体系基于0-10mA 电流模拟信号，表征电气控制时代到来。

70年代开始数字计算机应用，产生第三代过程控制体系，产生集中控制的中央控制计算机系。

系统信号传输大多沿用4-20mA 模拟信号，随着控制集中问题出现，逐渐发展成分布式控制系统。

第四代过程控制体系随着半导体制造技术发展，计算机技术可靠性增加，目前普遍使用的DCS 主要特点是系统由计算机与智能部件构成控制系统。

第五代过程控制体系从DCS 发展，FCS 有更广阔的发展空间。

自动控制系统广泛应用于社会各领域，对冶金化工等生产中遇到的温度压力等物理量有相应控制系统，通过采用数字计算机建立控制性能更好的数字控制系统[2]。

任务二煤矿通风机电气控制系统矿井通风机可以采用同步电动机、绕线式电动机、鼠笼电动机拖动，我们以同步电动机异步启动法拖动的通风机采用直流发电机励磁的电气控制为例，学习掌握通风机电气控制系统的运行维护和检修技能。

一、同步电动机的工作原理1.结构1）定子：定子铁心内圆均匀分布着定子槽，槽内嵌放着按一定规律排列的三相对称交流绕组；2）转子：转子铁心制成一定形状的成对磁极，磁极上饶有励磁绕组，通过直流时，将会在电机的气隙中形成极性相间的分布磁场，成为励磁磁场。

2.工作原理1）定子三相对称绕组通入三相交流电，建立旋转磁场n0=60f/p;2)转子随旋转磁场转动，（90%—95%）n0时，转子加入直流电，产生大小极性不变的磁场；3）根据磁极异性相吸、同性相斥的原理，定转子磁场产生电磁转矩，促使转子跟随旋转磁场同步旋转。

3.同步电动机的励磁方式：1）励磁机励磁（直流发电机励磁）；2）交流电源经整流后供电，可使同步电动机的启动过程实现自动化。

4.同步电动机的启动方法：辅助启动、软启动和异步启动。

二、同步电动机直流发电机励磁的电控系统1.启动控制线路的组成与工作原理1）组成同步电动机的启动控制线路由定子回路、转子绕组励磁回路及控制回路组成，如图2.5所示。

转子绕组励磁回路：有并励直流发电机G供电。

控制回路：降压启动接触器KM1、全压运行接触器KM3、投励接触器KM4、强励接触器KM2，降压启动时间继电器KT1、投励时间控制继电器KT2。

图3.4 按电流大小自动投入励磁的同步电动机实际控制线路（a）定子绕组回路(b)转子绕组励磁回路(c)控制回路2）启动合上电源开关QF1、QF2，按下启动按钮SB2→KM1通电吸合：①KM1（3—5）动合触点闭合，实现自锁；②KM1主触点闭合，电动机经R1做降压异步启动→KA动作→KA(23—25)动合触点闭合→KT1通电吸合：①KT1(23—27)瞬时闭合→KT2通电吸合，②KT1(3—17)瞬时断开，避免KM3、KM4吸合产生误动作。

煤矿电气自动化控制系统优化设计随着经济的发展和人民生活水平的提高，煤矿开采逐年加大，从而使得矿山电气自动化控制系统的重要性日益凸显。

本文旨在探讨煤矿电气自动化控制系统的优化设计，介绍其设计过程、需要注意的问题以及优化后的效果。

一、煤矿电气自动化控制系统的设计过程1. 系统架构设计煤矿电气自动化控制系统的架构设计是整个系统设计的基础，关系到整个系统的功能实现和性能表现。

其设计过程主要包括以下几个方面：（1）灵活性设计：为了能够适应煤矿不断变化的需求，系统需要具有灵活的设计方式。

在设计过程中，需要考虑到各种不同的工作环境和工作形式，为用户提供多种方案和灵活的使用方式。

（2）安全性设计：煤矿电气自动化控制系统的安全性设计是至关重要的。

需要将所有的安全要求考虑进去，确保系统的运行过程中不会导致人员伤亡或事故发生。

（3）可靠性设计：煤矿电气自动化控制系统需要长期、稳定地运行，因此系统的可靠性设计也是至关重要的。

需要考虑到系统可能发生的各种状况，并为之提供解决方案。

2. 控制逻辑设计控制逻辑设计是将煤矿电气自动化控制系统的功能和任务具体实现的过程。

其设计过程主要包括以下几个方面：（1）控制对象：控制对象是指煤矿电气自动化控制系统中需要进行控制的物理设备或过程。

在设计过程中，需要确定每个控制对象的具体功能和操作流程。

（2）控制算法：控制算法是指对控制对象进行逻辑处理和控制的算法。

在设计过程中，需要根据具体的控制对象和控制要求，选择合适的算法来进行控制。

（3）控制器选择：控制器是指实现控制算法的具体设备。

在设计过程中，需要考虑控制器的功能和性能，选择合适的控制器来实现控制算法。

3. 电气设计电气设计是指电气部分的设计工作，包括电力设备的选型、电气接线和布线等。

其设计过程主要包括以下几个方面：（1）电力设备选型：电力设备是煤矿电气自动化控制系统的基础设施。

在设计过程中，需要根据具体需求和工作环境，选择合适的电力设备。

项目一：继电器-接触器控制电路任务四：电气控制电路设计的一般原则和程序学习目标：1. 掌握电气控制电路图的相关知识2. 掌握三相异步电动机的基本控制电路环节学时分配：2学时教学内容：一概述1 电气图：用电气图形符号绘制的图。

是电工领域中最主要的提供信息方式，它提供的信息内容可以是功能、位置、设备制造及接线等。

2 电气图的类型：系统图与框图、电路图、接线图与接线表、功能表图、逻辑图、位置图等。

根据其所表达信息的类型和表达方式而确定。

3 电气控制系统图：根据国家电气制图标准，用规定的图形符号、文字符号以及规定的画法绘制，表达设备电气控制系统的组成结构，工作原理及安装、调试、维修等技术要求的工程图。

4电气控制系统图种类：电路图（电气原理图）、电气接线图、电器元件布置图。

二电气图形符号与文字符号1 电气图形符号：由符号要素、限定符号、一般符号以及常用的非电操作控制的动作符号（如机械控制符号等），根据不同的具体器件情况组合而成。

2 电气文字符号：分为基本文字符号和辅助文字符号。

基本文字符号有单字母符号和双字母符号。

单字母符号表示电气设备、装置和元器件的大类；双字母符号由一个表示大类的单字母与另一表示器件某些特性的字母组成。

辅助文字符号用来进一步表示电气设备、装置和元器件的功能、状态和特征。

3 常用电气图形符号与文字符号示例。

三电气原理图1 形式与作用：根据电气控制系统的工作原理，采用电器元件展开的形式绘制的。

不按电器元件实际布置绘制，而是根据电器元件在电路中所起的作用画在不同的部位上，用于分析研究系统的组成和工作原理，并为寻找电气故障提供帮助，同时也是编制电气接线图的依据。

2 组成：主电路：设备的驱动电路，包括从电源到用电设备的电路，是强电流通过的部分。

控制电路：由按钮、接触器和继电器的线圈、各种电器的常开、常闭触点等组合构成的控制逻辑电路，实现所需要的控制功能，是弱电流通过的部分。

辅助信号指示电路。

保护电路。

项目三：煤矿固定机械电控系统任务一煤矿提升机电气控制系统一、交流提升机电气控制概述（一）交流提升机电控系统的类型和基本组成1.类型单绳交流提升机电控系统：TKD—A系列、TKDG系列、TKD—NT系列、JTKD—PC 系列。

多绳提升机交流电控系统：JKMK/J—A系列、JKMK/J—NT系列、JKMK/J—PC系列。

电控系统的型号及含义如下：①TKD—单绳提升机电控设备；JKMK/J—多绳提升机电控设备。

②控制类型：A改进型；NT网络控制型;PC微机控制型。

③监控装置：0不带监控装置；1事故信号显示器；2上位监控系统。

④主回路器件:0空气式；1转子为真空式；2转子和主回路换向器为真空式；3转子；主回路换向器和高压柜均为真空式；4转子为晶闸管，主回路换向器和高压柜均为真空式。

⑤制动方式：0不带电气制动；1模拟量动力制动；2全数字动力制动；3全数字低频制动。

⑥电压等级：1低压380V电机；2低压660V电机；3高压6kV电机；4高压10kV电机⑦磁力站极数：8八级电阻；A十级电阻。

⑧主电机转子电流等级：6≤600A；9≤900A。

⑨Ⅰ单机拖动；Ⅱ双机拖动。

⑩P牌坊深度指示器；S机械监控器；D数字监控器。

2.组成各种电控系统主要由高压开关柜（空气或真空）、高压换向柜（空气或真空）、转子电磁控制站、制动电源、操纵台、液压站、润滑油与制动液泵站、启动电阻、运行故障诊断与报警装置等电气设备组成，如图3.1所示。

图3.1 TKD—A、JKMK/J系列交流提升机电控系统（二）矿井提升机电气控制方式不论何种提升方式，提升机的电气控制系统都是相同的。

TKD-A系列电气控制系统，为已经定型的交流拖动控制系统，它可以实现对提升机的自动或半自动控制，现以高压~6kV单电机拖动为例，介绍TKD电气控制系统。

1.加速阶段电动机的八段加速特性由二段预备级RY1、RY2和六段主加速级R1~R6组成。

图3.2中ML为负载转矩。

提升开始时，定子绕组接通交流电源，转子回路串入全部电阻，电动机工作在第一预备级RY1特性曲线的a点。

煤矿机电自学课程设计论文一、课程目标知识目标：1. 理解煤矿机电基础理论知识，掌握矿井供电、通风、排水、提升等系统的基本构成及工作原理；2. 掌握煤矿常用电气设备的使用方法、维护保养及故障排除方法；3. 了解煤矿安全生产法律法规及煤矿机电安全标准。

技能目标：1. 能够正确使用煤矿常用电气设备，进行简单的维护保养及故障排除；2. 能够分析煤矿机电事故案例，提出预防措施；3. 能够运用所学知识，设计简单的矿井供电、通风、排水、提升等系统。

情感态度价值观目标：1. 培养学生的安全意识，使其认识到煤矿机电安全的重要性；2. 增强学生的自主学习能力，培养独立思考和解决问题的能力；3. 培养学生的团队协作精神，提高沟通与交流能力；4. 激发学生对煤矿机电领域的兴趣，鼓励探索创新。

课程性质：本课程为煤矿机电自学课程，旨在帮助学生学习煤矿机电知识，提高实践技能，培养安全意识和自主学习能力。

学生特点：学生具备一定的物理、电工基础知识，对煤矿机电领域有一定兴趣，但实践经验和安全意识相对不足。

教学要求：结合学生特点和课程性质，注重理论与实践相结合，以案例教学、实践教学为主，培养学生的实际操作能力和安全意识。

将课程目标分解为具体的学习成果，便于教学设计和评估。

二、教学内容1. 煤矿供电系统：包括矿井供电系统的组成、工作原理、电气设备的选择及维护，重点学习变压器、高低压开关、电缆等设备的性能及使用方法。

教材章节：第二章 矿井供电系统2. 矿井通风系统：学习矿井通风原理、通风设备类型及性能，通风系统的设计与优化。

教材章节：第三章 矿井通风与空气调节3. 矿井排水系统：掌握矿井排水设备的工作原理、选型及维护，了解排水系统的自动化控制。

教材章节：第四章 矿井排水与排水设备4. 矿井提升系统：学习矿井提升设备的类型、工作原理及提升系统的设计，了解提升信号系统。

教材章节：第五章 矿井提升与运输设备5. 煤矿电气设备维护与故障排除：分析煤矿电气设备常见故障原因，学习故障排除方法及维护保养技巧。

煤矿机电设备电气自动控制课程设计1. 背景煤炭资源是世界上最重要的能源之一，而自动化控制技术在煤矿机械设备中的应用已经成为了提高生产效率、保障矿工安全的重要手段。

因此，煤矿机电设备电气自动控制作为机电一体化专业的核心内容，在教育培养中具有重要意义和必要性。

本课程设计旨在通过学生自主设计、制作、调试电气自动控制装置，提高学生的综合应用能力，加深学生对自动化控制理论与应用的理解。

2. 设计内容2.1 设计目标设计一台控制煤矿磨煤机启停和控制煤层运输的电气自动控制装置，以提高煤矿生产效率、降低生产成本。

2.2 设计要求•能够实现煤矿磨煤机的自动启停和转速调节；•能够实现煤层输送过程中的自动控制，包括速度控制和底层信号控制；•具有可靠性高、运行稳定、操作简便的特点。

2.3 设计思路为了实现上述设计要求，可以采用以下的设计思路：1.控制系统组成结构图如下所示：电气自动控制装置组成结构图电气自动控制装置组成结构图2.设计电路图，包含控制主电路、调速电路、底层信号电路等。

其中，控制主电路必须具有短路和过载保护功能，调速电路应具有闭环反馈调速功能。

3.编写PLC程序，实现对控制主电路、调速电路、底层信号电路的精确控制和统一管理。

4.搭建实验平台，测试电气自动控制装置性能，并进行调试。

5.系统安装、调试与运行测试。

验证系统能否正常工作，在保证安全操作的前提下对系统进行调整，满足产品性能指标要求。

3. 设计实现3.1 设计步骤1.设计控制主电路、调速电路、底层信号电路的电路图，确保电路功能正确、操作简单。

2.编写PLC程序，实现控制主电路、调速电路、底层信号电路的开关、传感器的读取、跳闸等操作。

3.搭建电气自动控制装置实验平台，按照电路图和PLC程序进行布线。

4.完成电气自动控制装置的调试，确保装置正常工作，极限条件下能自动跳闸。

5.进行性能测试，电气自动控制装置应能正常控制煤层输送和磨煤机启停。

3.2 设计材料•PLC程序设计软件：Siemens STEP 7。

煤矿机电设备教案〔讲义〕职教中心谢万安2020.9.4本课程的特点：煤矿采煤专业具有所学课程种类多，覆盖面大的特点，机电内容更是包含到煤矿生产的方方面面。

设备种类繁多工作原理牵连到许多相关学科，学习上有一定难度，但大伙儿来自现场、对生产设备有一定了解可关心大伙儿学习。

由于课时少内容多对一些内容只能作介绍性简介。

期望大伙儿加强预习，一加快学习和明白得。

本课程的内容包括：煤矿电器设备和煤矿机械设备两大部分。

第一章矿山供电与矿用电气设备概述第一节煤矿企业对供电的要求一、煤矿生产的环境煤矿生产要紧是地下开采,矿井的一些要紧用电设备,如煤矿副井的提升机、向井下供风的主通风机、井下的主排水泵等,它们不但用电量大,而且不承诺中断供电。

因为一旦中断供电,不仅会造成减产,还可能引起人身伤亡和设备损坏的重大事故,严峻时可能会毁坏整个矿井。

煤矿井下生产场地狭小,而且又有顶板压力的作用,常有冒顶、片帮等现象发生,容易砸坏设备;有淋水、滴水现象,空气潮湿,使电气设备受潮,腐蚀电气设备的金属部件和绝缘材料。

随着采掘工作面的向前推进,电网和电气设备也需经常移动,使电缆和电气设备容易受到机械损害。

煤矿井下空气中有瓦斯、煤尘等可燃、易爆性混合物。

当遇到地质条件的变化(如煤岩)层硬度不平均、有夹矸等,采掘机械经常有冲击负荷,因此负荷变化大,易引起设备过载。

二、煤矿企业对供电有如下要求。

由于煤矿生产环境的专门性,对供电有如下要求。

〔一〕、供电可靠(二)、供电安全〔三)、供电质量(四)、供电经济三、电力负荷的分类电力负荷是决定电力系统规划、设计、运行以及发电、送电、变电布局的要紧依据。

依照对供电可靠性要求的不同 , 矿山电力负荷可分成以下三类。

(一) 一类负荷 (一级负荷)凡因突然中断供电可能造成人身伤亡或重大设备损坏,给国民经济造成重大缺失的或在政治上产生不良阻碍的负荷,均属一类负荷。

例如,煤矿主通风机、主副井提升机、主水泵、井上及井下中央变电所、矿区医院的手术室等用户。

2020年28期设计创新科技创新与应用Technology Innovation and Application煤矿电气自动化控制系统的设计徐耀晖（焦作煤业（集团）有限责任公司，河南焦作454000）引言对于煤矿企业而言，其经济效益的体现主要集中在煤矿的开采质量与开采效率上，因此出于企业追求效益最大化的需求，当下的煤矿企业都已大量使用机电设备，通过电气自动控制系统的应用来实现煤矿开采的自动化。

1电气自动化控制技术煤矿企业的电气自动化控制技术其应用涉及到了煤矿开采的方方面面，而该技术的基础理论探究则主要集中在电气自动化控制系统的概念与意义。

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。