煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)應用優(yōu)化探析

趙春生（開灤集團錢家營礦業(yè)分公司，河北 唐山 063300）

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煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)應用優(yōu)化探析

趙春生
（開灤集團錢家營礦業(yè)分公司，河北 唐山 063300）

摘 要：當前煤礦生產技術在向著現(xiàn)代化與自動化的方向不斷進步，隨著相關技術的普及與發(fā)展，煤礦生產流程中應用的電氣控制系統(tǒng)呈現(xiàn)出自動化發(fā)展趨勢，系統(tǒng)的自動化運行不僅提高了生產安全性與可控性，更加直接提高了生產效率與經(jīng)濟效益。在這其中，以PLC為基礎的電氣自動化控制系統(tǒng)得到了最廣泛的應用。本文以此為中心，針對PLC電氣自動化控制系統(tǒng)的優(yōu)化設計進行了簡要探討。

關鍵詞：煤礦；電氣自動化；控制系統(tǒng)；應用優(yōu)化

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，現(xiàn)代化的煤礦生產一直追求著更高的效率與安全性，這就需要大量的數(shù)字化數(shù)據(jù)與相應的控制裝置。例如：礦井水泵的開合控制、針對通風狀態(tài)的測量以及針對瓦斯含量的檢測等。由于以PLC為基礎的嵌入式系統(tǒng)可良好地適應多種嚴酷的作業(yè)條件要求，當前該技術已經(jīng)成為電氣控制系統(tǒng)實現(xiàn)自動化運行的重要方法，具有顯著的高效性與便捷性。為了減少煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)的建設成本，加強控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性及實現(xiàn)更多功能，在建設煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)時，如何科學地進行優(yōu)化設計應當是一個十分重要的問題。

1　煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)中的設備選型的優(yōu)化

目前市場中的PLC產品的種類與數(shù)量都非常多，按廠商進行分類，有西門子、歐姆龍、LG及三菱、研華、富士、松下、研祥、通用電氣、合力時等等。設備品牌、型號的差別對系統(tǒng)優(yōu)化設計方案的制定具有直接影響。因此，在實際工作中進行設備選型時應從以下幾方面進行考慮：

1.1以系統(tǒng)規(guī)模為依據(jù)選擇設備?？刂葡到y(tǒng)自身的規(guī)模直接受煤礦生產實際情況的影響，進而決定了系統(tǒng)設計的規(guī)模及優(yōu)化過程中所選擇的PLC設備。以西門子設備為例，若僅僅需要針對瓦斯含量進行檢測與控制，可選擇西門子S7-100等小型PLC。當系統(tǒng)控制內容需要對礦井水位情況進行監(jiān)測，并將其作為水泵機房運行依據(jù)，應選擇中等規(guī)模且具有閉環(huán)控制、復雜邏輯控制的PLC系統(tǒng)，所以應當選擇西門子S7-300等PLC。當控制系統(tǒng)需要實現(xiàn)對井下作業(yè)人員的工作及安全、瓦斯?jié)舛鹊戎笜诉M行監(jiān)控，就應當選擇則具備數(shù)據(jù)通信、智能檢測以及控制的大型PLC系統(tǒng)，此時可選擇西門子S7-400型號。

1.2I/O點設置數(shù)量及選擇類型的確定。以控制系統(tǒng)運行過程中所要實現(xiàn)的具體功能及控制對象的實際情況為依據(jù)，對設備的輸入、輸出點的設置數(shù)量及類型進行選擇。對系統(tǒng)軟、硬件余量進行確定時應以系統(tǒng)控制的總體容量為依據(jù)，確保容量充分利用且堅持節(jié)約原則。此外，控制系統(tǒng)中電氣設備類型的選擇及其輸出功率、頻率的確定應以煤礦作業(yè)中供電實際需求為參考，輸出端包括繼電器、晶體管以及品閘管等。

1.3合理、科學編程工具的確定。當前應用范圍較廣的控制系統(tǒng)中，通常以手持編程器、PLC軟件包以及圖形編程器作為主要的編程工具。其中手持編程器較多針對于微型、小規(guī)模的PLC編程，且運行效率有限；利用圖形編程器進行編程時通常采取梯形圖，主要用于中型PLC編程。計算機加PLC軟件包編程一般用于大型PLC系統(tǒng)編程，其效率最高。然而這種方式的成本較高，且不利于現(xiàn)場調試。因此，為了加強煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)的運行效率，應以控制系統(tǒng)實際情況為導向合理、科學地選擇編程工具。

2　煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)中整體構架的優(yōu)化

2.1硬件方面

2.1.1輸入電路的優(yōu)化設計。在針對輸入電路進行設計優(yōu)化時，雖然PLC的供電電源通常具有寬幅適用性，處于AC 85V～240V。然而，由于井下作業(yè)環(huán)境及條件較為艱苦且會對電氣供電系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性造成不利影響。通過將電源凈化元件（電源濾波器、隔離變壓器等）設置在輸入電路中可以發(fā)揮抗干擾的作用，且對保障控制系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性、可靠性及安全性具有很大作用。利用具有雙隔離技術的隔離變壓器，可以實現(xiàn)利用初級電氣中性點讓電路變壓器初級、次級線圈屏蔽層接地，進而實現(xiàn)降低電流脈沖干擾的目的。此外，以DC 24V作為PLC的輸入電源并按照其容量調整負載，并進行全面的防短路操作。這樣有助于加強煤礦整體的電氣自動化控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.1.2輸出電路的優(yōu)化設計。在針對輸出電路進行設計優(yōu)化時，應當按照煤礦生產的具體要求需求，針對各類調速裝置等電路進行優(yōu)化。由于晶體管具有高頻高效的優(yōu)勢，能夠有效加快響應速度，因此，應將其作為主要考慮對象。如，電氣系統(tǒng)在對水泵機房進行控制時，要求PLC系統(tǒng)應達到＞6次/分鐘的輸出效率，因此繼電器更加適合，不僅可保證簡化電路，同時也具備較強的抗干擾及負載能力。當電路切斷時，電路中浪涌電流可能會對PLC輸出帶電磁線圈等造成影響，從而導致其芯片被損壞。因此，應以續(xù)流二極管并接電路盤的方式實現(xiàn)吸收浪涌電流、保護芯片的作用。

2.2軟件方面

2.2.1優(yōu)化結構。優(yōu)化系統(tǒng)軟件結構的過程中主要包括模塊化、程序化兩種優(yōu)化方式。煤礦作業(yè)實際情況直接影響著軟件程序的調整與設計，因此，模塊化方式更加有助于后期進行功能拓展。首先需要把控制系統(tǒng)的控制目標劃分為有著不同子任務的模塊，再分別進行調試，最后組合形成完整的系統(tǒng)。模塊化的結構設計，可更加便捷地進行后期修改。

2.2.2優(yōu)化程序。優(yōu)化程序的重點在于優(yōu)化I/O的分配。應堅持“按需分配”的基本原則并結合控制系統(tǒng)的要求，以集中化形式對輸入、輸出信號進行編制，達到優(yōu)化系統(tǒng)及提高運行效率的目的。同時，應統(tǒng)一對系統(tǒng)中的定時器、計數(shù)器進行編號，以加強控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在系統(tǒng)程序中大量使用的中間標志位與內部繼電器也需要統(tǒng)一編號后在分配地址，然后需要列出I/O分配表、中間標志位以及內部繼電器分配表。

結語

社會經(jīng)濟發(fā)展速度的不斷加快以及現(xiàn)代高新技術的不斷開發(fā)，電子技術、信息技術及通信技術等在諸多領域中發(fā)揮著重要作用。煤礦電氣控制系統(tǒng)中也開始引用自動化技術及設備，通過從系統(tǒng)設備、構架等方面進行優(yōu)化設計，從而實現(xiàn)提高生產安全性、效率、管理質量及經(jīng)濟效益的目的。然而，煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)的建設途徑多種多樣，各種方式的建設成本與工作效率卻存在著一定的差異，為開展科學、有效的優(yōu)化設計工作，應當進行反復的設計與實踐。

參考文獻

[1]劉麗.煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)的優(yōu)化設計[J].煤炭技術，2013，32（08）：93-95.

[2]馬燕慶.煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)創(chuàng)新設計[J].技術與市場，2014，12（04）：37-38.

中圖分類號：TM76

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