煤炭作为一种古老的能源，为人类的发展做出了不可磨灭的贡献。近代工业化以来，煤炭又成为了工业生产中不可或缺的动力来源，被誉为“工业粮食”。我国作为煤炭的储量大国和开采大国，长期以来对于煤炭有着较高的依赖性，虽然近年来各类清洁能源得到广泛的发展，但是煤炭在我国能源结构中的占比仍然长期保持在60%以上，在发电、石化等领域起着决定性的作用，足以可见煤炭对于我国经济发展的重要性[1]。改革开放以来，我国经济得到了快速的发展，对于能源的需求量大增，煤炭的产量和开采成本成为了制约我国经济发展的一大瓶颈问题。煤炭的开采通常需要进行井下作业，其作业环境恶劣，容易受到瓦斯、透水等事故的侵害，对作业人员的人身安全有着极大的威胁。除此之外，传统的人工井下作业效率低下，单位施加的开采量较低，造成煤炭生产成本居高不下，产量供不应求。面对这种情况，煤矿井下自动化生产就成为了一条良好的解决出路。通过对井下设备的自动化控制，减少下井人工的数量和作业时间，在保障了工人生命安全的同时，又极大的提高了生产效率，能够使得煤炭的单位时间产量大幅提升，从而降低煤炭的生产成本，进而降低能源的工业生产成本，提升我国工业产品的国际竞争力，促进我国经济更好更快的发展。
1.应用单片机实现煤矿井下电气设备自动化控制
单片机是实现电气设备自动化控制必不可少的部件，为了实现煤矿井下设备的自动化控制，减少人工井下工作，提高煤炭开采效率，应当在复杂的井下工作中采用单片机进行电气设备控制。
根据矿井下的不同工作条件和不同电气设备的用途，在选择单片机的过程中应当考虑到以下几个方面。第一，以工作环境考虑单片机的种类的选择。矿井下的工作环境异常复杂，常常有瓦斯、透水、塌方等诸多危险因素共同存在，不同工作环境对于电气机械设备的控制要求是不同的，因此，在选择单片机作为电气设备控制单元时，一定要充分考虑设备的工作环境，根据不同环境选择具有不同特性的单片机，这样才能保证设备的自动工作满足生产要求，确保生产的安全和效率[2]。第二，注重单片机的密封防水性和漏电保护性。单片机是一种需要供电的部件，一旦受潮或进水不仅有可能造成设备损坏，甚至出现漏电、火灾、爆炸等事故，造成难以估量的损失。井下环境复杂，单片机很有可能在高温、高湿甚至浸水环境下工作，因此，对于单片机的放水性能要格外重视。在使用单片机的过程中，必须对其进行放水保护，定期检查放水措施的密封性，确保单片机没有水分渗入。除此之外，应当加装漏电保护装置，当单片机出现异常情况时能够及时切断电流，防止发生危险。在井下作业中，通常使用继电器进行断电保护，在检测到单片机电路出现异常情况时，继电器会发出特定指令，切断电路，停止供电[3]。
但是，在设计断电保护装置的过程中应当注意到其电流过大的问题，综合考虑设备用电负荷，优化电流流量。
使用单片机对井下电气设备进行自动化控制，其基本思路就是充分利用单片机的运算能力，准确检测设备运行状态，从而达到控制设备自动运行的目的。例如，对于井下风机的控制就体现了单片机的特点。风机是井下作业必不可少的设备之一，由于矿井通常深达千米，通风不畅，有可能存在瓦斯等危险气体，因此必须通过风机对井下提供通风换气。对于风机的自动化控制必须依靠对井下环境的监测对风机运行状态进行实时调整。单片机能够通过分析井下的瓦斯浓度能信息，自动调整风机功率，从而控制风机对井下的送风量。采用单片机自动控制风机不仅能够减少工作人员的工作量，而且能够达到更高的控制精度。
2.优化井下电气设备的自动化控制
随着科学技术的不断发展，特别是以信息科技为核心的软硬件系统的发展，为井下电气化设备的自动化控制奠定了创新发展的基础。应用新的科技成果可以较好的优化设备系统，和自动化软件和硬件，更加准确和高效的实现井下电气化设备的自动化控制与应用。
(1)优化设备系统
井下采矿工作涉及方方面面的内容，面对井下复杂的环境和开采效率、成本等方面的要求，井下电气设备必须是成系统，成体系的，不能各自为战。这就要求在选择PIC设备之前应当对整个井下设备系统的整体需求、状态和功能等方面进行评估，根据系统的实际情况选定PIC设备的规模、性能等参数。例如，当井下防护系统仅仅要求实现瓦斯浓度的监测，无需控制其他环境因素时，就可以考虑选择微型PIC设备，这样一来，在满足系统需求的前提下能够降低企业采购成本和日常使用功耗，达到功能和成本的平衡。再比如，对于井下排水控制系统而言，其工作状态受到实时水位高低，矿井出水量大小和排水效率要求等诸多指标限制，进行自动控制的计算量较大，实时性要求较高，在这种情况下，微型PIC设备在计算能力等方面就不能满足要求，必须选择性能更高，计算能力更强的大型设备才能满足需要。
未来，对井下作业更加精细化的管理要求，PIC将会朝着实时监控井下环境、细化监控颗粒度的方向发展，从而实现对于复杂的井下环境和各类工作指标的准确监控，及时发现井下作业的各类问题隐患，确保井下煤炭开采安全高效进行。除此之外，对于可编程的PIC系统，其程序编制也将从传统的手工编程向计算机编程发展。传统的手工编程工作效率低，编程质量低，只是用于较少的数据量，无法满足井下作业精细化控制的要求。而较为先进的计算机编程，能够实现较高效率的程序编制和程序测试，能够编写复杂程度较高的PIC控制程序，满足井下设备自动化控制的更高要求。
(2)优化系统硬件
井下电气设备自动化控制系统通常包括输入部分和输出部分两大模块，这两大模块分别负责将井下工作和环境的相关参数输入到控制系统中进行运算并将运算后得到的指令输出到终端设备中执行。对输入模块进行优化时，最重要的一点就是对于设备电压的控制。由于井下环境复杂，用电设备多，用电负荷大，并且各类大型用电器械有可能出现频繁启停的情况，会严重影响井下电压的稳定性，甚至造成设备损坏。因此，自动化控制设备优化的首要目标就是增强输入电压的冗余度，一般将输入电压控制在85V至240V之间，同时要设计相关的保护和净化措施，当电压波动过大或超过额定范围较多时能够对设备起到保护作用，避免产生危险。对于输出部分的优化措施只要集中在指示标准和调试装置的选择。为了实现指令数据的稳定输出，自动化控制设备的输出装置通常采用晶体管输出，这种输出方式能够优化电流频率，屏蔽电流波动影响，抗干扰能力强，能够以较快的速度响应系统动作，保障自动化系统响应的实时性和敏捷性。对于输出电路的保护通常采用继电器形式，在满足电路保护作用的同时简化电路设计。
(3)优化软件系统
井下设备电气自动化控制离不开对于各种工作内容和环境影响的处理逻辑，对于这种逻辑处理问题必须依靠软件系统解决。为了实现软件系统对于复杂工况和环境因素的正确处理，首先要详细分析设备在工作当中可能遇到的情况以及需要进行的工作，然后树立这些需求之间的逻辑关系，并进行软件的开发工作。在完成了软件的开发之后一定要在真实的工作环境下进行详细的测试，确保软件的逻辑能够满足真实的工作场景。
3.结语
综上所述，随着科学的发展，虽然越来越多的新型能源被发现和研究，但是距离真正商用还有很长的距离。在可以预见的将来，煤炭在我国的能源结构中仍将占据重要的地位，承担为我国的工商业发展提供能源的任务，乃至承担稳定世界能源安全的责任。因此，对于煤矿开采以及下游精加工产业链的发展和优化就仍然不能停止，必须不断的追求高效的煤矿生产。井下电气自动化控制是提高煤炭生产效率的重要手段，对于提高煤炭产量，降低单产成本，降低井下生产风险具有重要意义。广大煤矿工作者在日常工作中应当注重井下电气设备自动化的创新研究，不断改进自动化控制技术，相信在不远的将来我国的煤炭井下开采能力必将迈上新的台阶，为我国的能源安全和世界能源市场的稳定奠定更加坚实的基础。
【参考文献】
[1]曹以歆.电气自动化技术在煤矿机械设备中的应用与管理[J].内燃机与配件,2020(04):198-199.
[2]张林.电气自动化在煤矿生产中的应用初探[J].现代工业经济和信息化,2019,9(08):90-91+94.
[3]张海将.煤矿井下电气设备自动化控制的应用与优化[J].电子技术与软件工程,2019(15):105-106.
