煤礦電氣自動化控制系統創新設計

馬珍

摘要：近年來，我國現代煤礦技術突飛猛進的發展，在煤礦生產中引入了電氣自動化控制技術，大大提升了煤礦生產效率和生產產量。隨著計算機技術、電氣自動化技術的發展，電氣系統智能化、自動化水平不斷提高，不僅可以對系統內各設備提供精準的控制，也實現了設備運行過程中各信息的順利傳輸。由于煤礦生產環境惡劣，在設備控制和監測方面存在諸多問題，影響了煤礦電氣系統的正常運行。因此企業應該對煤礦電氣自動化控制系統設計進行創新和改進，將PLC電氣自動化應用于控制系統中，從而提升系統運行的穩定性和安全性。

關鍵詞：煤礦 電氣自動化 控制系統 創新設計

在現代化煤礦生產過程中，安全、高效的生產離不開數字化、自動化的控制裝置。在計算機相關技術的發展與進步下，基于PLC技術的電氣自動化控制系統能適應各種惡劣的工作環境，是實現煤礦高效率、高安全性生產的關鍵手段。在煤礦電氣自動化控制系統設計中，如何對設計進行創新與優化，以最低構建成本，提升系統運行的安全性和可靠性，增強系統使用性能是目前煤礦企業和社會共同關注的問題。本文就煤礦電氣自動化控制系統設計的創新與優化進行了研究分析，促使煤礦生產、運輸、存放等過程向智能化、自動化、現代化方向發展。

1 單片機電氣自動化控制系統在煤礦生產中的應用

隨著社會經濟不斷增長，人們在生產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，加上工作環境較為惡劣，給煤礦安全生產帶來了一定的難度。在煤礦生產中引入電氣自動化控制系統，不僅能確保煤礦開采工作順利進行，還可以節省經濟支出，實現煤礦企業最大化經濟效益。電氣自動化控制系統的核心是單片機，不同生產環境下，單片機的選擇原則和方式都應該有所不同。相關技術人員應該根據煤礦開采和生產的實際環境，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設備中正常工作的關鍵環節。其次應該做好單片機使用過程中防水、防漏電工作。目前在我國大多數煤礦生產中，往往采用PLC單片機，不僅做到很好的防水保護，還可以在出現漏電現象時，自動采取很好的應對措施，確保系統運行的穩定性。同時PLC單片機還具有工作效率高、耗能少、抗干擾強等優點，所以在煤礦生產中得到了廣泛的應用。單片機在煤礦生產中主要是對系統設備進行實時保護，通過檢測電信號，將其轉換為電壓信號，并經過內部系統對所檢測出的信號進行一定程度的放大，以此轉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設計的創新與優化

2.1 創新設備選型

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

2.1.1 分析系統規模。在PLC設備選型前，需要對自身系統的規模進行深入分析，盡可能縮小設備選擇的范圍。若僅僅要求PLC設備實現對瓦斯濃度的檢測，可以選擇一般微型設備。如果要求水泵機房可以根據變化的水位進行工作方式和狀態的更改，這就給PLC設備在邏輯和閉環上控制提出了更高的要求，因此必須選擇中等的PLC設備。若想對礦井中生產人員進行實時監測。首先要對井下通信和控制進行監測，中等和微型設備是不能滿足其監控要求的，只能選擇大型的PLC設備。

2.1.2 I/O點類型的確定。在電氣自動化控制系統設計中，應該根據預期監控對象的系統規模確定I/O點的數量，并將其進行類別上的劃分，制定出相應的統計清單，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，應該根據系統規模確定適合自身的編程工具，確保系統編程能快速高效的完成。針對小規模PLC設備編程，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，現場調試也十分不便，一般只針對大型煤礦自動化控制系統編程。

2.2 創新硬件設計

2.2.1 輸入電路的創新。由于煤礦生產環境比較惡劣，加上我國供電存在一定的不穩定性，為確保系統運行的安全性和穩定性，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，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，根據容量對負載進行調節，完善周邊電路的防短路操作。如果由于短路或者負載，都會造成PLC芯片受損，造成系統無法正常運行。因此必須對輸入電路進行創新，確保系統安全運行。

2.2.2 輸出電路的創新。系統輸出電路設計創新，需要根據煤礦生產的實際需求，對各種指示標志、調速裝置等采用晶體管進行輸出，促進其響應速度的提升。在煤礦水泵機房的電氣自動化控制系統中，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載能力相對較強。如果PLC輸出帶電磁線圈或者其他感性負載，為避免產生浪涌電流對PLC芯片造成損壞，可以在電路盤上接續二極管，使其充分吸收浪涌電流，保證PLC芯片。

2.2.3 抗干擾設計創新。煤礦工作環境比較惡劣，給電氣自動化控制系統也提出了更高的要求，電磁脈沖對系統芯片的干擾十分容易導致系統失靈，因此必須做好系統抗干擾創新。一是可以采用隔離變壓器抗干擾，將中性點經電容接地。二是采用金屬殼屏蔽系統產生的電磁，將PLC控制系統置于金屬質地的工作柜，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 創新軟件設計

2.3.1 軟件結構創新設計。軟件設計主要包括基本程序設計和模塊化設計。在煤礦生產中，應該根據煤礦開采的不同程序，對程序進行適時調整，采用模塊化設計對后續功能拓展有較好的作用。將煤礦電氣自動化控制系統的目標分為多個子任務模塊，分別對其進行編寫和調試，最終將其組合成為一個完整的程序。模塊化程序創新設計，提高了電氣自動化控制水平，使其更符合實際的生產狀況。

2.3.2 程序設計過程的創新。若想實現程序優化設計，應該根據煤礦電氣自動化控制系統的實際需求，按需分配I/O，將整個系統的I/O信號進行集中編制，以提升系統的維護效率。程序中定時器、計數器、繼電器需要統一編號，切不可重復同一個編號，進而促進系統運行可靠性的提升。在地址分配完成后，應該詳細列出I/O分配情況和內部繼電器標志位分配表。

3 總結

在國民經濟不斷發展下，我國現代煤礦技術加快了發展腳步，在生產過程中使用電氣自動化控制技術，大大提升了煤礦生產效率，確保了生產安全。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存在的問題進行分析，并對系統設計進行創新和優化，這對提升系統的工作效率、實現安全生產、促進煤礦企業健康發展具有深遠的意義。在創新過程中，應該根據煤礦生產的實際需求，結合整個電路自身特點和工作環境，確保系統各方面指標符合相關標準與要求，實現現代化、智能化、標準化的煤礦電氣自動化控制。

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