煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計

馬珍

摘要：近年來，我國現(xiàn)代煤礦技術(shù)突飛猛進的發(fā)展，在煤礦生產(chǎn)中引入了電氣自動化控制技術(shù)，大大提升了煤礦生產(chǎn)效率和生產(chǎn)產(chǎn)量。隨著計算機技術(shù)、電氣自動化技術(shù)的發(fā)展，電氣系統(tǒng)智能化、自動化水平不斷提高，不僅可以對系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備提供精準(zhǔn)的控制，也實現(xiàn)了設(shè)備運行過程中各信息的順利傳輸。由于煤礦生產(chǎn)環(huán)境惡劣，在設(shè)備控制和監(jiān)測方面存在諸多問題，影響了煤礦電氣系統(tǒng)的正常運行。因此企業(yè)應(yīng)該對煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)設(shè)計進行創(chuàng)新和改進，將PLC電氣自動化應(yīng)用于控制系統(tǒng)中，從而提升系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和安全性。

關(guān)鍵詞：煤礦 電氣自動化 控制系統(tǒng) 創(chuàng)新設(shè)計

在現(xiàn)代化煤礦生產(chǎn)過程中，安全、高效的生產(chǎn)離不開數(shù)字化、自動化的控制裝置。在計算機相關(guān)技術(shù)的發(fā)展與進步下，基于PLC技術(shù)的電氣自動化控制系統(tǒng)能適應(yīng)各種惡劣的工作環(huán)境，是實現(xiàn)煤礦高效率、高安全性生產(chǎn)的關(guān)鍵手段。在煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)設(shè)計中，如何對設(shè)計進行創(chuàng)新與優(yōu)化，以最低構(gòu)建成本，提升系統(tǒng)運行的安全性和可靠性，增強系統(tǒng)使用性能是目前煤礦企業(yè)和社會共同關(guān)注的問題。本文就煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)設(shè)計的創(chuàng)新與優(yōu)化進行了研究分析，促使煤礦生產(chǎn)、運輸、存放等過程向智能化、自動化、現(xiàn)代化方向發(fā)展。

1 單片機電氣自動化控制系統(tǒng)在煤礦生產(chǎn)中的應(yīng)用

隨著社會經(jīng)濟不斷增長，人們在生產(chǎn)生活中消耗的能源也越來越多，對煤炭資源的依賴程度就越來越高，使得煤礦開采力度逐漸增大，加上工作環(huán)境較為惡劣，給煤礦安全生產(chǎn)帶來了一定的難度。在煤礦生產(chǎn)中引入電氣自動化控制系統(tǒng)，不僅能確保煤礦開采工作順利進行，還可以節(jié)省經(jīng)濟支出，實現(xiàn)煤礦企業(yè)最大化經(jīng)濟效益。電氣自動化控制系統(tǒng)的核心是單片機，不同生產(chǎn)環(huán)境下，單片機的選擇原則和方式都應(yīng)該有所不同。相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)該根據(jù)煤礦開采和生產(chǎn)的實際環(huán)境，對其進行全面、深入的勘察與分析，這是確保單片機在煤礦生產(chǎn)設(shè)備中正常工作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其次應(yīng)該做好單片機使用過程中防水、防漏電工作。目前在我國大多數(shù)煤礦生產(chǎn)中，往往采用PLC單片機，不僅做到很好的防水保護，還可以在出現(xiàn)漏電現(xiàn)象時，自動采取很好的應(yīng)對措施，確保系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。同時PLC單片機還具有工作效率高、耗能少、抗干擾強等優(yōu)點，所以在煤礦生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。單片機在煤礦生產(chǎn)中主要是對系統(tǒng)設(shè)備進行實時保護，通過檢測電信號，將其轉(zhuǎn)換為電壓信號，并經(jīng)過內(nèi)部系統(tǒng)對所檢測出的信號進行一定程度的放大，以此轉(zhuǎn)換為可供使用的電壓信號，然后傳送至CPU，通過計算機將信息顯示出來。

2 煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)設(shè)計的創(chuàng)新與優(yōu)化

2.1 創(chuàng)新設(shè)備選型

目前市場上有較多品牌的PLC產(chǎn)品，其品牌不同所使用到的方案也存在明顯的差別，對應(yīng)煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)的工作性能也不盡相同。詳細(xì)分析如下：

2.1.1 分析系統(tǒng)規(guī)模。在PLC設(shè)備選型前，需要對自身系統(tǒng)的規(guī)模進行深入分析，盡可能縮小設(shè)備選擇的范圍。若僅僅要求PLC設(shè)備實現(xiàn)對瓦斯?jié)舛鹊臋z測，可以選擇一般微型設(shè)備。如果要求水泵機房可以根據(jù)變化的水位進行工作方式和狀態(tài)的更改，這就給PLC設(shè)備在邏輯和閉環(huán)上控制提出了更高的要求，因此必須選擇中等的PLC設(shè)備。若想對礦井中生產(chǎn)人員進行實時監(jiān)測。首先要對井下通信和控制進行監(jiān)測，中等和微型設(shè)備是不能滿足其監(jiān)控要求的，只能選擇大型的PLC設(shè)備。

2.1.2 I/O點類型的確定。在電氣自動化控制系統(tǒng)設(shè)計中，應(yīng)該根據(jù)預(yù)期監(jiān)控對象的系統(tǒng)規(guī)模確定I/O點的數(shù)量，并將其進行類別上的劃分，制定出相應(yīng)的統(tǒng)計清單，以確保軟硬件資源余量的充足，最大程度避免資源浪費的現(xiàn)象。對礦井自身供電情況進行分析，以確定輸出端輸出方式和頻率，往往其輸出方式是采用晶體管和繼電器進行輸出的。

2.1.3 選擇編程工具。在選擇編程工具時，應(yīng)該根據(jù)系統(tǒng)規(guī)模確定適合自身的編程工具，確保系統(tǒng)編程能快速高效的完成。針對小規(guī)模PLC設(shè)備編程，往往選擇梯形編程方式，該方式較為簡潔，在中型PLC編程中非常實用。對大型PLC設(shè)備編程而言，一般使用計算機和PLC軟件包進行編程，但是該方式不僅會消耗大量的資金，現(xiàn)場調(diào)試也十分不便，一般只針對大型煤礦自動化控制系統(tǒng)編程。

2.2 創(chuàng)新硬件設(shè)計

2.2.1 輸入電路的創(chuàng)新。由于煤礦生產(chǎn)環(huán)境比較惡劣，加上我國供電存在一定的不穩(wěn)定性，為確保系統(tǒng)運行的安全性和穩(wěn)定性，需要在輸入電路部分加裝電源凈化元件，采用1：1隔離變壓器可以較好的通過雙隔離技術(shù)，將變壓器初級線圈和次級線圈屏蔽層通過初級電氣中性點接大地，減小脈沖干擾作用。對PLC輸入電源控制在24V直流電源，根據(jù)容量對負(fù)載進行調(diào)節(jié)，完善周邊電路的防短路操作。如果由于短路或者負(fù)載，都會造成PLC芯片受損，造成系統(tǒng)無法正常運行。因此必須對輸入電路進行創(chuàng)新，確保系統(tǒng)安全運行。

2.2.2 輸出電路的創(chuàng)新。系統(tǒng)輸出電路設(shè)計創(chuàng)新，需要根據(jù)煤礦生產(chǎn)的實際需求，對各種指示標(biāo)志、調(diào)速裝置等采用晶體管進行輸出，促進其響應(yīng)速度的提升。在煤礦水泵機房的電氣自動化控制系統(tǒng)中，PLC輸出頻率為6次/min，可以采用繼電器輸出，其抗干擾能力與帶負(fù)載能力相對較強。如果PLC輸出帶電磁線圈或者其他感性負(fù)載，為避免產(chǎn)生浪涌電流對PLC芯片造成損壞，可以在電路盤上接續(xù)二極管，使其充分吸收浪涌電流，保證PLC芯片。

2.2.3 抗干擾設(shè)計創(chuàng)新。煤礦工作環(huán)境比較惡劣，給電氣自動化控制系統(tǒng)也提出了更高的要求，電磁脈沖對系統(tǒng)芯片的干擾十分容易導(dǎo)致系統(tǒng)失靈，因此必須做好系統(tǒng)抗干擾創(chuàng)新。一是可以采用隔離變壓器抗干擾，將中性點經(jīng)電容接地。二是采用金屬殼屏蔽系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁，將PLC控制系統(tǒng)置于金屬質(zhì)地的工作柜，將外殼接地，以避免靜電、電磁脈沖和空間輻射對系統(tǒng)的干擾。第三將強電動力線路、弱電信號分開走線，并保證一定的間隔，通過雙絞線傳輸模擬信號，能起到較好的抗干擾作用。

2.3 創(chuàng)新軟件設(shè)計

2.3.1 軟件結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計。軟件設(shè)計主要包括基本程序設(shè)計和模塊化設(shè)計。在煤礦生產(chǎn)中，應(yīng)該根據(jù)煤礦開采的不同程序，對程序進行適時調(diào)整，采用模塊化設(shè)計對后續(xù)功能拓展有較好的作用。將煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)的目標(biāo)分為多個子任務(wù)模塊，分別對其進行編寫和調(diào)試，最終將其組合成為一個完整的程序。模塊化程序創(chuàng)新設(shè)計，提高了電氣自動化控制水平，使其更符合實際的生產(chǎn)狀況。

2.3.2 程序設(shè)計過程的創(chuàng)新。若想實現(xiàn)程序優(yōu)化設(shè)計，應(yīng)該根據(jù)煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)的實際需求，按需分配I/O，將整個系統(tǒng)的I/O信號進行集中編制，以提升系統(tǒng)的維護效率。程序中定時器、計數(shù)器、繼電器需要統(tǒng)一編號，切不可重復(fù)同一個編號，進而促進系統(tǒng)運行可靠性的提升。在地址分配完成后，應(yīng)該詳細(xì)列出I/O分配情況和內(nèi)部繼電器標(biāo)志位分配表。

3 總結(jié)

在國民經(jīng)濟不斷發(fā)展下，我國現(xiàn)代煤礦技術(shù)加快了發(fā)展腳步，在生產(chǎn)過程中使用電氣自動化控制技術(shù)，大大提升了煤礦生產(chǎn)效率，確保了生產(chǎn)安全。本文主要基于PLC電氣自動化控制，對目前電氣自動化控制系統(tǒng)存在的問題進行分析，并對系統(tǒng)設(shè)計進行創(chuàng)新和優(yōu)化，這對提升系統(tǒng)的工作效率、實現(xiàn)安全生產(chǎn)、促進煤礦企業(yè)健康發(fā)展具有深遠(yuǎn)的意義。在創(chuàng)新過程中，應(yīng)該根據(jù)煤礦生產(chǎn)的實際需求，結(jié)合整個電路自身特點和工作環(huán)境，確保系統(tǒng)各方面指標(biāo)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與要求，實現(xiàn)現(xiàn)代化、智能化、標(biāo)準(zhǔn)化的煤礦電氣自動化控制。

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