煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)設(shè)計及優(yōu)化

石文利

（兗州煤業(yè)股份有限公司物資供應(yīng)中心 山東省鄒城市 273500）

眾所周知，煤礦工業(yè)的作業(yè)環(huán)境與其他行業(yè)相對具有一定的惡劣性，這也是現(xiàn)代煤礦工業(yè)發(fā)展受到嚴(yán)重制約的主要原因，然而電氣自動化控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，使得上述問題得到了有效解決。對此，如何通過電氣自動化控制系統(tǒng)的優(yōu)化來減少其成本，是目前多數(shù)煤礦企業(yè)最為關(guān)注的熱點話題。本文主要針對以下幾個方面進(jìn)行分析，并結(jié)合實際情況制定出了相對應(yīng)的優(yōu)化策略。

1 電氣自動化控制系統(tǒng)應(yīng)用特點

1.1 兼容性比較強(qiáng)

在我國，煤礦開采過程中，其主要是從淺層逐漸往深層慢慢推進(jìn)新的，深層施工與淺層相比較而言，其開采的施工環(huán)境會更加復(fù)雜，危險性也會更高一些。煤礦在實際開采過程中，會應(yīng)用電氣自動化設(shè)備，來輔助煤礦開采工作。而電氣自動化設(shè)備其有很多不同的種類，而且不同的電氣設(shè)備，其運(yùn)行時間及運(yùn)行功率等方面，還是具有一定的區(qū)別的[1]。煤礦開采過程中，為了進(jìn)一步提高開采工作的效率，使電氣設(shè)備在實際運(yùn)行過程中，可以有效的實現(xiàn)自我調(diào)節(jié)，一般情況下，在設(shè)計的過程中，會利用電氣自動化控制系統(tǒng)作為輔助。因為電氣自動化控制系統(tǒng)，其本身的兼容性比較強(qiáng)，在不同的生產(chǎn)條件下，電氣化自動控制設(shè)備都可以滿足電氣設(shè)備控制要求，并且，在端口協(xié)議方面，其系統(tǒng)具有較強(qiáng)的開放型，所以，在一定程度上為系統(tǒng)控制內(nèi)容多樣化奠定了良好的基礎(chǔ)。

1.2 集成性

在煤礦實際生產(chǎn)過程中，其開采的步驟流程，一般是包含煤層勘探、開采、及資源運(yùn)輸三個步驟，并且，在整個的開采流程中，其安全防護(hù)管理是不一樣的。煤礦開采的每一個步驟流程，都要依靠電氣自動化技術(shù)來作為支撐。例如，PLC技術(shù)、數(shù)據(jù)信息采集技術(shù)等等。而每一個流程系統(tǒng)，如果都進(jìn)行分開管理，那么就會加重整個電氣控制系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。而電氣自動化控制系統(tǒng)，正因為其具備集成化管理的良好特點，因此，針對系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備狀態(tài)，其可以對其進(jìn)行實施的管理與監(jiān)督，而且還可以與設(shè)備運(yùn)行情況結(jié)合，有效的調(diào)整相關(guān)方面的參數(shù)，這樣可以是機(jī)械設(shè)備在生產(chǎn)運(yùn)行中的穩(wěn)定性會得到良好的加強(qiáng)。

1.3 智能化

煤礦行業(yè)其在實際發(fā)展過程中，大部分的企業(yè)生產(chǎn)都實現(xiàn)了自動化，而且還有很多煤礦企業(yè)生產(chǎn)，已經(jīng)從自動化逐漸向智能化發(fā)展。煤礦企業(yè)在實際生產(chǎn)過程中，電氣設(shè)備在運(yùn)行的時候，可以根據(jù)系統(tǒng)程序，高效且快速的完成煤礦開采工作。同時在實際開采整個流程中，要系統(tǒng)的分析與整理其運(yùn)行時的數(shù)據(jù)信息，然后再將這個作為基礎(chǔ)，來調(diào)整和優(yōu)化煤礦開采的方案。這樣煤礦開采的工作效率才會得到提升，而且開采過程中的安全性也得到了保障，有利于煤礦器的穩(wěn)定發(fā)展。

1.4 開放型

在電氣自動化控制系統(tǒng)中，開放性是其自動化技術(shù)中的重要特征之一。由于煤礦開采工作，是在地下來進(jìn)行開采工作的，而為了能夠使指令有效的傳到開采工作區(qū)域，電氣設(shè)備應(yīng)該要具備良好的通訊功能。而電氣自動化技術(shù)，其可以有效的建立通訊控制系統(tǒng)，然后系統(tǒng)在通訊端口輔助下，使其它系統(tǒng)信息實現(xiàn)良好的互通，這樣可以有效的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行情況，進(jìn)而使信息采集后運(yùn)行狀態(tài)效果得到良好的提升。此外，系統(tǒng)在實際運(yùn)行過程中，數(shù)據(jù)在進(jìn)行傳輸?shù)臅r候，其設(shè)備工作狀態(tài)控制可以通過通訊端口來控制，這樣可以使系統(tǒng)運(yùn)行更加的穩(wěn)定。

2 電氣自動化控制系統(tǒng)在現(xiàn)代煤礦技術(shù)中的具體應(yīng)用

隨著社會人口的逐步增加與社會經(jīng)濟(jì)的快速增長，社會生產(chǎn)對煤礦資源的需求量越來越大。也正是由于需求量的增加，才使得煤礦的開采力度與日俱增[2]。但在實際的開采作業(yè)過程中，由于作業(yè)環(huán)境具有一定的特殊性與復(fù)雜性，進(jìn)而增加了開采的危險性與難度系數(shù)。然而，自電氣自動化控制系統(tǒng)在現(xiàn)代煤礦開采中得以應(yīng)用以來，不僅大幅提升了開采工作的安全性，并且還大大降低煤礦開采工作的難度，這一舉措對于現(xiàn)代煤礦工業(yè)的發(fā)展來講具有非常重要的意義。提升煤礦開采的安全性與工作效率、降低煤礦開采的作業(yè)難度與開采成本、提升煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益等是電氣自動化控制系統(tǒng)應(yīng)用的最大優(yōu)勢。單論電氣自動化控制系統(tǒng)，其控制核心就是單片機(jī)，而單片機(jī)的選用需要結(jié)合實際的生產(chǎn)環(huán)境、生產(chǎn)方式以及生產(chǎn)原則來定。在進(jìn)行實際的煤礦工業(yè)開采之前，需要有關(guān)技術(shù)人員結(jié)合實際的生產(chǎn)環(huán)境對其進(jìn)行勘測與分析，對一些會產(chǎn)生影響的因素要進(jìn)行綜合考慮。另外，還需要對生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行深入的勘測與考察，對其進(jìn)行詳細(xì)了解，這對于提升單片機(jī)在現(xiàn)代煤礦技術(shù)中的應(yīng)用效率來講具有非常重要的影響，生產(chǎn)環(huán)境的勘測與考察是確保單片機(jī)正確運(yùn)行的關(guān)鍵前提與基礎(chǔ)。另外，在單片機(jī)的應(yīng)用過程中需要注意的是，要做好該設(shè)備的防水和防漏電工作。就從目前的煤礦生產(chǎn)工作來講，都會選用PLC單片機(jī)。對此，防水、防漏電保護(hù)是影響PLC單片機(jī)正常運(yùn)行的關(guān)鍵因素。

3 電氣自動化控制系統(tǒng)在煤礦中的設(shè)計與優(yōu)化策略

3.1 系統(tǒng)硬件的設(shè)計與優(yōu)化

系統(tǒng)硬件的設(shè)計與優(yōu)化是整個煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)優(yōu)化工作中最為重要的一部分，系統(tǒng)硬件是決定電氣自動化控制系統(tǒng)是否安全、穩(wěn)定、準(zhǔn)確的關(guān)鍵因素，因此，必須要對其進(jìn)行高度重視。另外，在進(jìn)行系統(tǒng)硬件的優(yōu)化過程中，必須要注意對I/O（輸入/輸出）電路設(shè)計，同時還需要進(jìn)行抗干擾優(yōu)化。

3.1.1 系統(tǒng)輸入電路的設(shè)計優(yōu)化

通常情況，在進(jìn)行輸入電路的設(shè)計優(yōu)化時需要綜合考慮PLC供電電源。由于煤礦生產(chǎn)的實際作業(yè)環(huán)境相對比較惡劣，供電方面也具有很大的不穩(wěn)定，另外，環(huán)境因素對輸入電路產(chǎn)生的影響較大，因此，對煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)中的安全性與穩(wěn)定性會造成很大的不利影響。在優(yōu)化輸入電路的設(shè)計時，首先需要根據(jù)實際的生產(chǎn)情況，采用相應(yīng)的電源濾波技術(shù)或隔離變壓器技術(shù)，來提升其抗干擾性能，使輸入點電路得到優(yōu)化。由此可以看出，對輸入電路進(jìn)行優(yōu)化對于煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)來講具有非常重要的意義，相關(guān)部門與人員必須要給予高度的重視。

3.1.2 系統(tǒng)輸出電路的設(shè)計優(yōu)化

單從系統(tǒng)的輸出電路上來講，現(xiàn)代煤礦技術(shù)的應(yīng)用是最廣泛的，在多數(shù)的煤礦設(shè)施中都有所應(yīng)用。要想對系統(tǒng)輸出電路進(jìn)行有效優(yōu)化，首先要提高其響應(yīng)速度，其次，還要確保電路的簡化性，最后，需要提升輸出電路的負(fù)載能力與抗干擾能力。一般情況下，進(jìn)行輸出電路的優(yōu)化，會經(jīng)常用到二極管與繼電器，這樣不僅保護(hù)了電路，還提升了其輸電效率。

3.2 系統(tǒng)軟件的設(shè)計與優(yōu)化

要想提升電氣自動化控制系統(tǒng)的運(yùn)行效率，就必須要對系統(tǒng)中的軟件進(jìn)行一定程度的設(shè)計與優(yōu)化。在進(jìn)行PLC系統(tǒng)的應(yīng)用時，可以采用一定的技術(shù)手段對軟件設(shè)備做出相應(yīng)的處理，將其形成直觀且清晰的梯形圖，這是當(dāng)前最棘手的難題之一。通常情況下，會將系統(tǒng)軟件的優(yōu)化分為兩個部分：

（1）程序設(shè)計優(yōu)化；

（2）軟件結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

3.2.1 對程序設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化

在進(jìn)行程序設(shè)計的優(yōu)化過程中，首先要綜合考慮I/O（輸入/輸出）的正確分配，讓其能夠更好的滿足電氣自動化控制系統(tǒng)的具體性需求[3]。優(yōu)化程序設(shè)計，需要依據(jù)煤礦企業(yè)的現(xiàn)實情況與實際的工作環(huán)境，來進(jìn)行整體系統(tǒng)中I/O信號的統(tǒng)一編制，這樣不僅可以確保系統(tǒng)運(yùn)行的正常性與穩(wěn)定性，同時還可以有效提升系統(tǒng)的維護(hù)效率，進(jìn)而使電氣自動化系統(tǒng)得到整體優(yōu)化。

3.2.2 對軟件結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化

與其說是優(yōu)化軟件結(jié)構(gòu)，倒不如說是優(yōu)化模塊化設(shè)計與基本的程序化設(shè)計。在目前的煤礦技術(shù)中，要根據(jù)不同的煤礦開采情況，來優(yōu)化和調(diào)整程序，進(jìn)而將模塊化設(shè)計應(yīng)用到現(xiàn)代煤礦工業(yè)中來，但需要注意的一點是，在進(jìn)行系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化時，要先對自身的生產(chǎn)特點與生產(chǎn)規(guī)模進(jìn)行分析，然后在綜合全方位因素對系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面優(yōu)化，這樣才能更好的滿足現(xiàn)代煤礦企業(yè)的生產(chǎn)與發(fā)展需求。系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化要緊密結(jié)合煤礦企業(yè)的實際生產(chǎn)情況，只有這樣才能將其的作用發(fā)揮至最大。

3.3 抗干擾設(shè)計與優(yōu)化

在整體的煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)的優(yōu)化工作中，抗干擾優(yōu)化是最為需要考慮和重視的問題。我們都知道煤礦工業(yè)的實際生產(chǎn)環(huán)境較為惡劣，會系統(tǒng)中的硬件設(shè)備產(chǎn)生較大的影響，這些因素都會對煤礦工業(yè)的進(jìn)步與發(fā)展帶來一定的阻礙作用。以此，就更能彰顯出抗干擾優(yōu)化的重要性。以下兩種是最常用到的抗干擾優(yōu)化方法：第一種是電磁屏蔽及線路的優(yōu)化；第二種是隔離變壓器的應(yīng)用。但具體方法的選用還需要結(jié)合實際的煤礦生產(chǎn)情況，這樣才能使其發(fā)揮出最大效能。

3.4 系統(tǒng)設(shè)備的設(shè)計與優(yōu)化

就目前來講，電氣自動化控制系統(tǒng)是現(xiàn)代煤礦技術(shù)的重要組成部分。因此，在進(jìn)行電氣自動化控制系統(tǒng)的優(yōu)化時，第一步先對系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化[4]。在煤礦工業(yè)的實際生產(chǎn)過程中，會根據(jù)現(xiàn)場的作業(yè)環(huán)境來選用單片機(jī)，同時還要對設(shè)備本身進(jìn)行充分且全面的分析與監(jiān)測，進(jìn)而結(jié)合實際需求對系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化，在煤礦工業(yè)逐步發(fā)展的背景下，PLC設(shè)備也在逐步朝著全面監(jiān)測的方向發(fā)展，從而為現(xiàn)代煤礦的順利運(yùn)行提供保障。另外，系統(tǒng)設(shè)備的優(yōu)化還體現(xiàn)在系統(tǒng)編程工具的創(chuàng)新與改革方面。就現(xiàn)階段來講，手持、PLC應(yīng)用和計算機(jī)的圖形結(jié)合是目前大多數(shù)煤礦企業(yè)會選擇的編程工具，其具有工作低、工作范圍小等缺點，這些因素對現(xiàn)代煤礦工業(yè)的發(fā)展具有一定的阻礙作用。對此，一個煤礦企業(yè)要想得到快速且穩(wěn)定的發(fā)展，就離不開對編程工具的創(chuàng)新與改革，只有提升了編程工作的效率，才能有效推動煤礦工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

3.5 電氣接地系統(tǒng)的設(shè)計與優(yōu)化

煤礦實際開采的時候，其電氣設(shè)備的電壓要高一些，這樣系統(tǒng)的才會正常穩(wěn)定的運(yùn)行[5]。系統(tǒng)在實際運(yùn)行過程中，其具有一定的復(fù)雜性，因此，在系統(tǒng)中要設(shè)計接地系統(tǒng)。在傳統(tǒng)的接地方式中，一般是應(yīng)用的是單線的連接方式，但是這種單線連接方式，并不是各種類型的設(shè)備都可以應(yīng)用，所以，在設(shè)計與優(yōu)化系統(tǒng)的過程中，可以將接地方式進(jìn)行分類，例如，將接地方式設(shè)計為靜電接地、防雷接地兩種方式，此外，還可接地方式，還有屏蔽接地和直流接地兩中接地方法。在煤礦生產(chǎn)過程中，要想加強(qiáng)煤礦生產(chǎn)安全性，則可以利用不同的接地方式來保障煤礦生產(chǎn)的安全性。

4 結(jié)語

綜上所述，在煤礦企業(yè)生產(chǎn)發(fā)展過程中，電氣自動化控制系統(tǒng)在現(xiàn)代煤礦工業(yè)中得到了較為廣泛的應(yīng)用，系統(tǒng)能夠有效提升現(xiàn)代煤礦企業(yè)的實際生產(chǎn)效率，更重要的是能夠幫助煤礦企業(yè)實施針對性的生產(chǎn)管理，進(jìn)而提高煤礦生產(chǎn)的安全性。所以，通過結(jié)合煤礦生產(chǎn)實際情況，合理利用電氣系統(tǒng)技術(shù)，來對電氣自動控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計與優(yōu)化。只有這樣，煤礦企業(yè)在發(fā)展過程中，其生產(chǎn)效益才會得到良好的提升，企業(yè)的發(fā)展才會更加的順利和穩(wěn)定，進(jìn)而有效促進(jìn)煤礦企業(yè)的可持續(xù)化發(fā)展。