大型煤礦自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

文/楊小方

國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的能源保障以及部分領(lǐng)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展都跟煤礦企業(yè)的發(fā)展有著密不可分的聯(lián)系。目前對煤炭能源的需求量也在日益增加，隨著自動化控制系統(tǒng)在生產(chǎn)中的應(yīng)用，使生產(chǎn)效率和質(zhì)量都得到有效提升，對生產(chǎn)的安全性予以保障，同時有效地降低了生產(chǎn)成本，從而使企業(yè)的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益都有所提升，所以，加大自動化控制系統(tǒng)的應(yīng)用和優(yōu)化速度，對企業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展有著重要的現(xiàn)實意義。

1 自動化控制系統(tǒng)應(yīng)用概述

對于煤礦企業(yè)而言，綜合實力的提高有助于企業(yè)的良性持續(xù)發(fā)展，因此，自動化控制系統(tǒng)逐漸在煤礦企業(yè)中得到應(yīng)用，同時通過對實際應(yīng)用結(jié)構(gòu)的分析和研究，從而使系統(tǒng)能夠充分發(fā)揮其作用。在自動化控制系統(tǒng)中，主要對采煤工藝流程以及供電系統(tǒng)等進(jìn)行集中化的控制和管理，并將相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總和整理。實時監(jiān)控采煤作業(yè)，及時發(fā)現(xiàn)工藝中存在的隱患和問題，及時進(jìn)行維修和處理，使工作效率得以提升，安全事故的發(fā)生率得以控制和減少。另外，對相應(yīng)的工程機(jī)械進(jìn)行集中的項目管理，使根據(jù)項目運行的實際情況，對煤礦機(jī)械設(shè)備進(jìn)行合理選擇，同時對設(shè)備的使用范圍得以保證，避免因設(shè)備原因而造成事故，使煤礦生產(chǎn)作業(yè)的安全性得以保障。

2 系統(tǒng)設(shè)計和應(yīng)用的目標(biāo)

針對目前大型煤礦企業(yè)的系統(tǒng)現(xiàn)狀，安全可靠的數(shù)據(jù)傳輸平臺以及統(tǒng)一集中的監(jiān)控中心能有效實現(xiàn)生產(chǎn)作業(yè)的自動化以及無人化。通過網(wǎng)絡(luò)將各監(jiān)測系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)交接進(jìn)行連接，使生產(chǎn)信息實時顯示以及遠(yuǎn)程監(jiān)控得以實現(xiàn)；另外還能使各系統(tǒng)在無人值守的情況下，自動運行，通過事故預(yù)案系統(tǒng)使突發(fā)事故的應(yīng)對能力提高；通過發(fā)布系統(tǒng)可以將信息和資源進(jìn)行共享。

3 系統(tǒng)集成要點

3.1 傳輸通道集成

隨著多媒體技術(shù)的運用，傳輸通道信息傳輸方式也更多樣化，調(diào)度指揮中心通過遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)就能完成相應(yīng)的停送電、皮帶運輸、主水泵起停以及主風(fēng)扇起停等控制，具有較高的可靠性和穩(wěn)定性；另外對于井下惡劣的生產(chǎn)環(huán)境，網(wǎng)絡(luò)需要對防塵、防爆等需求予以滿足，保證其運行的順暢性；對井下實時數(shù)據(jù)地行采集，還需具有較高的數(shù)據(jù)傳輸速度和良好的網(wǎng)絡(luò)性能，充分保障采集、傳輸、監(jiān)測以及遠(yuǎn)程控制等功能的實現(xiàn)，使數(shù)據(jù)發(fā)送和接收的速度大幅度提升；為了止惡意攻擊和入侵，還因?qū)W(wǎng)絡(luò)安全進(jìn)行充分的保障，通過防火墻的設(shè)置，對網(wǎng)絡(luò)隔離予以實現(xiàn)，通過有效的認(rèn)證支持和訪問控制，對網(wǎng)絡(luò)的安全性予以保證；黑客攻擊、系統(tǒng)陷阱、計算機(jī)病毒等諸多因素都會系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)造成影響，除了防火墻，還應(yīng)進(jìn)行殺毒軟件的安裝；系統(tǒng)應(yīng)具有可管理性，由統(tǒng)一的網(wǎng)管系統(tǒng)予以支持，具有統(tǒng)計、配置、預(yù)警等功能，使故障解決效率得以提高，使數(shù)據(jù)提供的速度予以保證，同時系統(tǒng)應(yīng)具有配置管理、性能管理、安全管理以及故障管理等功能，且操作簡單便捷；另外還需加強(qiáng)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，采用模塊化的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品和模塊化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計，可為系統(tǒng)提供較強(qiáng)的升級能力和擴(kuò)展能力。

3.2 軟件平臺集成

軟件平臺集成需要注意各自動化子系統(tǒng)之間所采用的數(shù)據(jù)表達(dá)格式和控制技術(shù)的不具備統(tǒng)一性，要求系統(tǒng)具有較強(qiáng)的兼容性，使無縫鏈接得以實現(xiàn)；在編程和組態(tài)方面，采用統(tǒng)一化的圖開界面和設(shè)計方案，使操作更為簡單明了；利用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫對所有數(shù)據(jù)實現(xiàn)統(tǒng)一管理，數(shù)據(jù)共享，使數(shù)據(jù)的重用性和一致性得以保證；通過授權(quán)、認(rèn)證、加密等功能，對數(shù)據(jù)的安全性提高，同時備分功能也使數(shù)據(jù)的安全性得到保障；同時也要滿足技術(shù)擴(kuò)展方面的要求。

3.3 軟件平臺實現(xiàn)

對于系統(tǒng)平臺，可通過相應(yīng)軟件進(jìn)行構(gòu)建，并對全組態(tài)應(yīng)用予以實現(xiàn)；可實現(xiàn)對各控制子系統(tǒng)的運行狀態(tài)以及安全和生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行及時監(jiān)測，以圖表和畫面的形式進(jìn)行展現(xiàn)；提前制定好事故緊急預(yù)案，當(dāng)事故突發(fā)時，根據(jù)預(yù)先制定的措施和方案，根據(jù)運行的實際情況進(jìn)行及時處理，對信息的利用率以及各系統(tǒng)聯(lián)動能力予以保證，同時為決策提供可靠依據(jù)；軟件還應(yīng)具有故障報警和自我診斷功能，對故障類型和位置進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，通過語音、圖形以及打印輸出等形式予以展現(xiàn)，提高故障及時解決的能力，也便于后期進(jìn)行養(yǎng)護(hù)和管理，也使運行的維護(hù)成本得以降低；通過事故的詳細(xì)記錄，軟件平臺用曲線的形式將其呈出現(xiàn)來，便于進(jìn)行事故分析和研究；系統(tǒng)的全面了解可通過歷史數(shù)據(jù)的分析而不斷增加，根據(jù)相關(guān)的科學(xué)依據(jù)，檢修計劃要根據(jù)實際運行情況進(jìn)行充分考慮而制定，使故障發(fā)現(xiàn)和排除的時間得以有效減少。

4 設(shè)備選型優(yōu)化

4.1 系統(tǒng)規(guī)模為依據(jù)

根據(jù)煤礦企業(yè)的實際生產(chǎn)情況決定控制系統(tǒng)的規(guī)模，同時也決定系統(tǒng)設(shè)計所需選擇的自動化設(shè)備及其所需實現(xiàn)的控制、邏輯功能。

4.2 數(shù)量及類型選擇

根據(jù)控制系統(tǒng)對象的實際情況以及所需實現(xiàn)的功能進(jìn)行設(shè)備類型、輸入輸出點的數(shù)量等的選擇，以系統(tǒng)控制的總體容量為參考，對軟、硬件的余量進(jìn)行充分考慮和利用，確保其經(jīng)濟(jì)實用性。

4.3 編程工具確定

對于所涉及的編程器、圖形編輯器以及PLC軟件等，根據(jù)煤礦企業(yè)的運行情況進(jìn)行合理選擇，PLC系統(tǒng)編程具有維護(hù)方便、運行效率高等特點，不過相應(yīng)其成本也較高。

5 優(yōu)化設(shè)計分析

5.1 系統(tǒng)硬件優(yōu)化

自動化控制系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性通過抗干擾系統(tǒng)得以有效保障，使企業(yè)的生產(chǎn)效率得到提升。煤礦生產(chǎn)因其生產(chǎn)過程的特殊性，其生產(chǎn)環(huán)境和條件較為惡劣，機(jī)械電氣設(shè)備極容易受到?jīng)_擊而受到干擾和破壞，因此需加對抗干擾系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，尤其是針對煤礦電氣系統(tǒng)易受電磁干擾的問題，采取有效措施使其抗干擾的能力得到提升。將電源、模塊的接地端設(shè)計與公共機(jī)架相接，機(jī)架與性能良好的地線相妝，在PLC控制系統(tǒng)中置入金屬質(zhì)地的工作柜；對工作柜進(jìn)行加固處理，同時使其和地面緊密相接，使自動化系統(tǒng)的穩(wěn)定運行得以保障；通過隔離變壓器的安裝使系統(tǒng)的抗干擾能力提升；對線路布置方案進(jìn)行優(yōu)化，避免電纜造成干擾的情況出現(xiàn)；將弱電信號線和強(qiáng)電動力線進(jìn)行分離處理，避免出現(xiàn)互相干擾的情況。

根據(jù)企業(yè)的實際情況進(jìn)行輸入輸出電路的設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化，使生產(chǎn)過程中的高上高頻率和高效率以及電路的平穩(wěn)運行得以保證。

5.2 系統(tǒng)軟件優(yōu)化

軟件程序結(jié)構(gòu)也需根據(jù)企業(yè)的生產(chǎn)實際情況進(jìn)行優(yōu)化，對各功能進(jìn)行擴(kuò)展和調(diào)整，一方面對企業(yè)發(fā)展的趨勢要求予以滿足，對系統(tǒng)功能進(jìn)行補(bǔ)充，另一方面針對現(xiàn)在的軟硬件模塊進(jìn)行優(yōu)化，使其運行效率和穩(wěn)定性得以提升。

6 結(jié)束語

自動化控制技術(shù)和設(shè)備在大型煤礦企業(yè)中的推廣應(yīng)用，使煤礦企業(yè)的生產(chǎn)安全、生產(chǎn)效率以及經(jīng)濟(jì)效益都得到了有效提高，實現(xiàn)在質(zhì)量管理的目標(biāo)。不過在實際應(yīng)用中，因系統(tǒng)建設(shè)的目的和途徑具有多樣性，不同的系統(tǒng)設(shè)計方案在應(yīng)用成效和應(yīng)用成本方面都存在著差異，因此需要企業(yè)根據(jù)自身的實際情況進(jìn)行合理、科學(xué)的選擇，同時通過有效的優(yōu)化設(shè)計和反復(fù)的實踐應(yīng)用，使自動化控制系統(tǒng)在企業(yè)的生產(chǎn)中充分發(fā)揮作用。