煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)應(yīng)用優(yōu)化路徑

汪精浩

（煤科集團(tuán)沈陽研究院有限公司 遼寧省撫順市 113122）

煤礦生產(chǎn)的井下作業(yè)危險(xiǎn)系數(shù)比較高，那么為了保障生產(chǎn)過程中的安全與高效性能，必須就復(fù)雜多變的施工環(huán)境，進(jìn)一步優(yōu)化與應(yīng)用煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)，結(jié)合PLC基礎(chǔ)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)，將整個(gè)系統(tǒng)優(yōu)化并改良，在現(xiàn)有基礎(chǔ)中不斷控制生產(chǎn)成本，以此來促進(jìn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

1 單片機(jī)電氣自動(dòng)化控制在礦井開采中的使用

煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)，其內(nèi)部核心組件為單片機(jī)，單片機(jī)應(yīng)用到生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境中，需要實(shí)時(shí)調(diào)整單片機(jī)結(jié)構(gòu)，以此來適應(yīng)實(shí)際的煤礦井下作業(yè)，相關(guān)的操作人員一定要做好以下幾點(diǎn)工作。

（1）建立在適宜的工作環(huán)境下選擇合適的單片機(jī)類型，同時(shí)針對(duì)極具差異性的作業(yè)環(huán)境，會(huì)有不同的單片機(jī)規(guī)格以及尺寸要求。

（2）在操作單片機(jī)時(shí)，不僅要嚴(yán)格遵守操作規(guī)章制度，同時(shí)還需要時(shí)刻規(guī)避作業(yè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)單片機(jī)漏水情況。煤礦井下作業(yè)會(huì)配置PCL 系統(tǒng)的單片機(jī)，具有自動(dòng)防水功能，能夠最大限度避免出現(xiàn)單片機(jī)漏水情況。

（3）PCL 系統(tǒng)的單片機(jī)有自我感應(yīng)功能，即可以借助外界不同強(qiáng)度的光線，調(diào)整其發(fā)光二極管燈的強(qiáng)弱、工作耗時(shí)。單片機(jī)能夠?qū)﹄娏髯兓纬蓸O強(qiáng)的感應(yīng)，進(jìn)一步轉(zhuǎn)換程序，無限放大信號(hào)，同時(shí)電壓只要達(dá)到0.5V 時(shí)，就能被計(jì)算機(jī)設(shè)備感應(yīng)到并實(shí)時(shí)反饋出信號(hào)。因此，單片機(jī)應(yīng)用到井下生產(chǎn)中，就能同一時(shí)間內(nèi)感應(yīng)與傳遞各類數(shù)據(jù)，傳輸出去的數(shù)據(jù)經(jīng)過中央電腦處理后再一起顯示出來。

除此之外，應(yīng)用到礦井回采中的單片機(jī)還體現(xiàn)在斷電保護(hù)以及井下通風(fēng)中。因?yàn)閱纹瑱C(jī)內(nèi)部設(shè)置有一定感應(yīng)電阻，要是應(yīng)用過程中系統(tǒng)電路電流出現(xiàn)激增情況，感應(yīng)電阻就會(huì)快速降低電流值，在達(dá)到預(yù)設(shè)閾值時(shí)，就能自動(dòng)開啟繼電裝置，從而停止系統(tǒng)運(yùn)行，達(dá)到斷電保護(hù)目的。還有井下回采作業(yè)的電路穩(wěn)定性一定程度上依賴單片機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，要是單片機(jī)運(yùn)行狀態(tài)不對(duì)，就不可能達(dá)到穩(wěn)定的電流。操作人員定期檢測(cè)電路電源，及時(shí)排除一切潛在的隱患，有效調(diào)控直流電以及零序電，結(jié)合具有智能換算能力的單片機(jī)，精準(zhǔn)計(jì)算電路中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息。保障煤礦井下作業(yè)安全的設(shè)備為風(fēng)機(jī)，那么操作人員就要時(shí)刻關(guān)注風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，并智能調(diào)控風(fēng)機(jī)性能，以此保障整個(gè)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的風(fēng)速，簡(jiǎn)化繁多作業(yè)流程，鞏固系統(tǒng)穩(wěn)定性的同時(shí)，也能減少作業(yè)人員的工作量，降低設(shè)備運(yùn)行控制成本。

2 優(yōu)化煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的方法

2.1 軟件的優(yōu)化方式

圖1：煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計(jì)

眾所周知，優(yōu)化與設(shè)計(jì)煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)，就需要從重要框架的軟件結(jié)構(gòu)入手，即煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部分一定要契合實(shí)際煤礦開采現(xiàn)場(chǎng)的作業(yè)需求，即不能隨便啟用不合理的軟件結(jié)構(gòu)，否則不僅不能發(fā)揮出現(xiàn)有軟件結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，還會(huì)損壞煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)。通常主要采用模塊設(shè)計(jì)來完成整個(gè)軟件結(jié)構(gòu)優(yōu)化流程，即通過對(duì)軟件結(jié)構(gòu)進(jìn)行模塊設(shè)計(jì)，進(jìn)一步實(shí)時(shí)調(diào)整軟件結(jié)構(gòu)，從而擴(kuò)展軟件結(jié)構(gòu)的功能。當(dāng)然還有其他的軟件結(jié)構(gòu)優(yōu)化方式，比如可以不斷劃分大小、位置各有差異的煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)目標(biāo)模塊，然后在從中設(shè)計(jì)模塊中的子任務(wù)結(jié)構(gòu)，如此一來，就能輕易得到多元化的軟件系統(tǒng)。還有也可以在軟件結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)多個(gè)控制系統(tǒng)，規(guī)避結(jié)構(gòu)漏洞的出現(xiàn)。當(dāng)然要是由于不可控因素導(dǎo)致出現(xiàn)結(jié)構(gòu)漏洞，應(yīng)用控制系統(tǒng)也能快速調(diào)整，避免更大的漏洞出現(xiàn)。最后還可以同步軟件結(jié)構(gòu)以及煤礦作業(yè)工作狀態(tài)，針對(duì)性調(diào)整軟件結(jié)構(gòu)，優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件結(jié)構(gòu)，保障軟件結(jié)構(gòu)的科學(xué)合理性。其次，是對(duì)于軟件程序的優(yōu)化設(shè)計(jì)分析。眾所周知，煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的軟件程序具有極具指導(dǎo)應(yīng)用性作用，那么具體探討整個(gè)煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的軟件程序核心優(yōu)化點(diǎn)I/0。即通過不斷編制以及優(yōu)化I/0，并針對(duì)性的優(yōu)化小范圍內(nèi)的軟件程序并進(jìn)一步編制與調(diào)整煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的中心優(yōu)化點(diǎn)I/0，實(shí)現(xiàn)不同的軟件程序優(yōu)化，達(dá)成安全運(yùn)行的煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)。當(dāng)然，實(shí)際的軟件程序優(yōu)化設(shè)計(jì)還需要結(jié)合PLC 基礎(chǔ)電氣自動(dòng)化控制技術(shù)，滿足基礎(chǔ)的軟件程序優(yōu)化設(shè)計(jì)。另一方面，優(yōu)化軟件模塊時(shí)，還需要對(duì)程序過程進(jìn)行優(yōu)化，即集中編制處于煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的每一個(gè)I/0 接口，并且按照實(shí)際需求來配置與改進(jìn)，以此來滿足煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的編修工作效率要求，提升整個(gè)系統(tǒng)的編修工作效率，進(jìn)一步控制煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)內(nèi)部定時(shí)器以及計(jì)數(shù)器，分配完畢后，就能簡(jiǎn)化不必要PLC 邏輯設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，避免內(nèi)存被大量占用，同時(shí)也能加快整體程序的掃描時(shí)間，還能不斷循環(huán)應(yīng)用PCL 芯片。優(yōu)化設(shè)備系統(tǒng)，整體評(píng)估其系統(tǒng)的功能以及狀態(tài)，提升電氣自動(dòng)化控制效率，滿足現(xiàn)代化井下建設(shè)設(shè)備需求。全方位掌控其井下設(shè)備的工作狀態(tài)，優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)調(diào)控，達(dá)成編程程序的設(shè)計(jì)要求。

2.2 硬件的優(yōu)化方式

防干擾、輸入電路以及輸入電路設(shè)計(jì)這三種設(shè)計(jì)方式都是煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)經(jīng)常應(yīng)用到的硬件優(yōu)化方式。通過對(duì)煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的硬件優(yōu)化設(shè)計(jì)，不僅能夠最大化消除具有誤差性的煤礦運(yùn)行下的電氣控制系統(tǒng)，進(jìn)一步保證安全控制的運(yùn)行系統(tǒng)，同時(shí)也能夠提升煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。眾所周知，煤礦電氣化控制系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境通常是比較惡劣的，那么就需要系統(tǒng)具備超強(qiáng)的防干擾能力。那么防干擾設(shè)計(jì)其實(shí)就是系統(tǒng)的主要功能能夠預(yù)防環(huán)境各類因素的干擾，保證穩(wěn)定、安全的煤礦生產(chǎn)運(yùn)行。當(dāng)然要是細(xì)分煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的硬件防干擾方式，可以劃分為三種。第一種是優(yōu)化設(shè)計(jì)硬件的布線，進(jìn)一步保證穩(wěn)定運(yùn)行的電氣硬件線路，那么具體的做法就是劃分相互干擾的線路，并安裝屏蔽設(shè)備到線路外部，避免線路與線路之間受到干擾。第二種是優(yōu)化處理以及具體落實(shí)其隔離設(shè)計(jì)，將隔離功能應(yīng)用到變壓器中，以此來提供正常范圍內(nèi)運(yùn)行的變壓器。第三種是優(yōu)化硬件中的電磁屏蔽設(shè)備，進(jìn)一步處理設(shè)備電磁干擾性難題。而輸入電路設(shè)計(jì)，就需要針對(duì)性優(yōu)化其煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的輸入電路。當(dāng)然要想得到最好的輸入電路設(shè)計(jì)效果，就需要先了解煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)理，避免由于不正常操作導(dǎo)致運(yùn)行出現(xiàn)故障。同時(shí)還需要明確電壓流入PLC 基礎(chǔ)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)時(shí)，其電壓的波動(dòng)范圍。此過程可以借助凈化電源設(shè)備來實(shí)現(xiàn)精確其電壓波動(dòng)范圍目的。同時(shí)，煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)應(yīng)用到煤礦生產(chǎn)中，勢(shì)必要進(jìn)一步優(yōu)化輸入電路，管控每一個(gè)煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的電路輸入方式，以此保證煤礦作業(yè)的安全穩(wěn)定性能。最后分析輸出電路設(shè)計(jì)，結(jié)合實(shí)際煤礦生產(chǎn)企業(yè)的煤炭能源生產(chǎn)情況，針對(duì)當(dāng)前應(yīng)用在煤礦生產(chǎn)中的煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)標(biāo)志以及指示燈分析，可以了解標(biāo)志以及指示燈內(nèi)部結(jié)構(gòu)都有晶體管，而晶體管是充分適應(yīng)當(dāng)前煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)高頻率性工作狀態(tài)的。那么對(duì)于所有標(biāo)志以及指示燈來說，需要進(jìn)一步提高煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)內(nèi)部晶體管的抗干擾性。通過優(yōu)化輸出電路設(shè)計(jì)，在整個(gè)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，保持芯片的穩(wěn)定性，避免過快的電路輸入導(dǎo)致芯片被破壞。當(dāng)然也可以借助二極管，即在煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的輸出電路設(shè)計(jì)中接入二極管，將輸出電路中的浪涌全部吸收，以此來保持整個(gè)煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)輸出電路的穩(wěn)定運(yùn)行，具體見圖1。

3 在煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的設(shè)備選型方面的優(yōu)化

3.1 將系統(tǒng)規(guī)模作為設(shè)備選型依據(jù)

煤礦生產(chǎn)中所應(yīng)用的煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)都需要經(jīng)過審核，即控制系統(tǒng)自身的規(guī)模能夠滿足實(shí)際煤礦生產(chǎn)需求，才能順利應(yīng)用到煤礦生產(chǎn)中。不僅如此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的規(guī)模以及優(yōu)化過程中所選擇的PCL 設(shè)備依據(jù)同樣為系統(tǒng)規(guī)模。比如西門子設(shè)備，就需要監(jiān)控以及管制其瓦斯含量，那么可以選擇小型的PCL 西門子S7-100，監(jiān)控礦井水位，并以此為水泵機(jī)房的運(yùn)行依據(jù)。當(dāng)然還可以應(yīng)用中等規(guī)模以及有閉環(huán)控制的PLC 設(shè)備，這類自帶復(fù)雜邏輯性的設(shè)備，必須要結(jié)合實(shí)際的系統(tǒng)規(guī)模，才能保障其設(shè)備的功能。實(shí)時(shí)監(jiān)控瓦斯?jié)舛戎笜?biāo)，才能保障煤礦生產(chǎn)中井下工作人員的生命安全。當(dāng)然，可以應(yīng)用西門子S7-400 型號(hào)，促使整個(gè)具有數(shù)據(jù)通信、智能檢測(cè)以及控制的大型PCL 系統(tǒng)能夠應(yīng)用到井下作業(yè)中。

3.2 明確I/0設(shè)置以及選擇類型

眾所周知，煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過程中其功能以及控制對(duì)象會(huì)有所差異，即設(shè)置的設(shè)備輸出、輸入點(diǎn)的贖回來那個(gè)以及類型也會(huì)有所差異。那么具體的設(shè)置依據(jù)為煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的軟件、硬件余量，確定好實(shí)際的余量后，就能進(jìn)一步明確煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的總體容量?；诖?，可以進(jìn)一步達(dá)成煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)容量堅(jiān)守節(jié)儉原則。其中選擇適當(dāng)?shù)拿旱V電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)備類型、輸出頻率以及輸出功率就變得尤為重要，因?yàn)檫@些參考要素能夠滿足當(dāng)前煤礦生產(chǎn)中的實(shí)際的供電需求。當(dāng)然還包含著繼電器、晶體管等輸出端設(shè)備。

3.3 確定科學(xué)合理的編制工具

眾所周知，編程工具是實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的編輯效率功能的一項(xiàng)工具，那么就需要對(duì)應(yīng)的煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)程序，進(jìn)一步結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使其功能最大化發(fā)揮并應(yīng)用到電氣編輯中，達(dá)到編程控制的靈活性能。當(dāng)然編程工具的選擇具有原則性，即通過情況下要適應(yīng)多樣化編程環(huán)境的需求，進(jìn)一步優(yōu)化并應(yīng)用編輯工具，從實(shí)際的電氣控制編程路徑中，再次提升電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)編程水平。現(xiàn)階段比較常見的編程工具有手持編程器、PCL 軟件包、圖形編程器等，這些編程器的優(yōu)勢(shì)點(diǎn)各有不同，比如手持編程器主要是應(yīng)用到比較小規(guī)模、甚至微型的PCL 編程中。由此而看出整個(gè)編制工具的運(yùn)行效率不高。而圖形編程器就是應(yīng)用到中型編程器中，借助梯形圖來編程。最后對(duì)于PCL 軟件包分析，大部分都是應(yīng)用到大型PCL 系統(tǒng)編程中，其優(yōu)勢(shì)為運(yùn)行效率高，但是也存在極大的劣勢(shì)點(diǎn)。即造價(jià)成本太高，系統(tǒng)編程不利于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試等。那么就編制工具具體的運(yùn)行效率，可以結(jié)合實(shí)際的控制系統(tǒng)情況來選擇合適的編制工具。

4 結(jié)語

本文就煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)應(yīng)用優(yōu)化路徑分析，結(jié)合現(xiàn)階段應(yīng)用到煤礦井下作業(yè)的單片機(jī)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)，探討其單片機(jī)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)與其可優(yōu)化點(diǎn)，并提出針對(duì)煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的軟件、硬件優(yōu)化方法，不斷升級(jí)優(yōu)化系統(tǒng)構(gòu)成組件、設(shè)備選型，全方位提升井下作業(yè)的電氣自動(dòng)化監(jiān)控水平，提高煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)應(yīng)用效果。而且要不斷創(chuàng)新以及優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，實(shí)現(xiàn)安全、高效率的煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)，推動(dòng)煤礦企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。