露天礦電氣自動化控制系統優化設計論述

摘 要：本文就煤礦電氣自動化控制系統的優化設計進行了論述。

關鍵詞：露天煤礦；電氣自動化；控制系統；優化設計

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.23.037

1 露天煤礦電氣自動控制系統硬件方面的優化設計

1.1 優化輸入電路

輸入電路的優化需要考慮在正常狀態下的PLC供電源的電壓范圍，一般情況下，煤礦企業所采用的電壓范圍為：85.0V～240.0V，電源幅度為155.0V。但在運行和管理中，由于現場情況的復雜性，導致存在眾多因素的干擾。例如我國的供電系統在運行時，周圍的環境相對惡劣，常常受到外界因素的影響，從而時常出現電力中斷的現象。因此，在使用自動控制系統設備進行煤礦開采工作時，就需要采取緊急預案措施，例如：安裝電力凈化裝置（濾波器或隔離器等）。在設計的過程中，要時刻保持PLC輸入電源的直流電壓值穩定在24.0V，負載要根據環境的變化而調整。合理配置電路，避免運行時出現短路或斷路。在操作之前還應該檢查PLC芯片，確保其沒有受到損壞。為了確保電路穩定，電路需及時更換高質量的保險絲，避免跳閘，從而造成嚴重的事故。

1.2 優化輸出電路

在煤礦電氣自動化控制系統的輸出電路中，需要優化輸出電路。優化需要結合實際情況加以選擇，選擇的內容包括：相關設備的標志、指示、轉速等，從而保證設備的配置能夠滿足煤礦電氣自動化控制系統的工作。在正常狀態下，若電氣自動化控制系統的輸出頻率低于正常頻率時，則可以通過繼電器繼續完成。這樣可以合理化的設計電路，而不破壞電路的抗干擾性能，且不會影響負載端的正常工作。若電路的負載端為感性負載時（如：電磁線圈），當出現斷電情況時，電路仍會通過一定的電流，當浪涌電流值較大時，就有可能燒毀芯片，甚至整個電路。為防止這一現象出現，可以在負載端設置二極管用以吸收浪涌電流，保護電路系統，而不至于被燒壞。另外，為了確保電路能夠穩定運行，我們通常采用中間或固態繼電器，從而增強電路的靈活性。

1.3 抗干擾能力的優化設計

在煤礦自動控制系統的設計中，抗干擾能力的設計是必不可少的一部分。當自動控制系統的大致結構完成后，緊接著就需要對其抗干擾能力進行設計。一般而言，煤礦企業中的電氣自動控制系統經常處在相對惡劣的環境中，從而其穩定性較差，這就對我們的設計工作提出了更高的要求。通過分析我們發現在系統的長期運行中，往往因為磨損或是其他原因，導致電磁脈沖對系統芯片造成一定的破壞。因此，優化芯片的設計是工作的重中之重。通過電磁分析，我們發現可以采取的具體措施有如下幾種：第一，采用1：1隔離變壓器，降低干擾頻率，這是由于電網中原副邊繞組之間的電容耦合所產生的各種干擾，另外，在實施的過程中需要將電容接地。第二，將電路裝置放入金屬外殼內，從而實現屏蔽電磁的作用。金屬有良好的屏蔽作用，且能有效地防止外界的干擾。第三，優化系統周邊的布線設置，采用合理的手法改造線路，區分強電動力線路和弱電線路的走勢，并用雙絞線屏蔽模擬信號傳輸線的電纜。

2 露天煤礦電氣自動控制系統軟件方面的優化設計

2.1 程序結構的優化

煤礦電氣自動化控制系統的主要結構形式為基本程序設計和模塊化設計兩種，但至于要采用哪種結構形式還要根據實際情況加以選擇。但是，為了方便日后軟件的修改和設計及進一步開發煤礦電氣自動化控制系統，我們一般采用模塊化的結構設計形式。在模塊化的設計結構中，我們一般按照如下的方式進行操作：第一，勘察現場情況及企業生產要求，將煤礦電氣自動化控制系統所控制的對象模塊化，每一模塊對應一個執行任務。第二，通過對每一模塊進行程序的編寫和調試，完成每一模塊的任務。第三，當所有的子模塊都完成后，將其連接拼裝，形成一個完整的程序。這樣的工作流程便于查找錯誤，使得系統劃分整齊、調整便捷，從而與現場的生產過程有更高的契合度。

2.2 程序過程優化設計

實現煤礦電氣自動控制系統的優化設計的核心實質在于：確保優化對I/O接口分配。在執行的過程中，我們應該根據實際情況盡最大努力實現對整個煤礦電氣自動控制系統的I/O信號的編制，在這一基礎上，系統內部所對應的計數器和計時器等也需要進行集中的編制。當這一工作完成之后，對這些地址分配的情況需要加以詳細的記錄。另外，我們在設計的過程中需要注意對PLC的控制優化設計，從而極大地提高煤礦電氣自動控制系統的工作效率。在這一過程中，我們還需要簡化PLC控制程序所控制的設計結構，盡量不要占用更多的內存空間，從而縮短掃描時間。另外，可以多次循環利用PLC芯片所對應的各類觸點。在程序設計中安裝控制按鈕，利用二分頻技術控制能源的使用，從而降低資源的消耗，并在一定程度上提高了自動控制系統的運行速度和運行效率。

3 煤礦電氣自動控制系統的設備的選擇優化

目前市場上有很多自動控制系統的設備可供選擇，但是無論是哪一種都要找準其適合的工作環境，才能發揮出其應有的價值。煤礦電氣自動控制系統的設備品牌有：合力時、研祥、LG、GE、SIEMEN等。在選擇的方面本人總結如下。

3.1 明確煤礦電氣自動控制系統的工作模式

在選擇時，明確煤礦電氣自動控制系統的工作模式及規模大小是一個必須的過程。若我們根據企業生產要求和實際的工作環境，以西門子的PLC產品作為選擇，在不同的作業任務及工作狀態下，選擇的PLC型號也是有所差異的。SIEMEN S7-200等微型PLC產品適合瓦斯濃度的檢查，SIEMEN S7-300等中型的PLC產品適合測量礦井水位的變化，SIEMEN S7-400等大型的PLC產品則可以對礦井工人安全進行監控。

3.2 確定I/O點的類型

由于施工的復雜性及實際要求有所差別，設備I/O點的數量和類型有很大的差別。因此，在這方面我們需要進行統計，并做好及時地記錄，并根據記錄的結果做出預算，從而避免過度的浪費。由于供電條件的不穩定性，在選擇設備輸出點的動作頻率時需要對應選擇輸出端。

3.3 選擇合適的編程工具

煤礦電氣自動控制系統的編程工程分為手持編程器、圖形編程器及計算機編程系統。手持編譯器的造價較低，適合小規模的程序編譯，且工作效率較低。圖形編譯器主要采用梯形圖形編譯器，這一方法表達比較直觀，適合中型PLC編譯器。而計算機編譯器是一種造價最高，且工作效率也是最高的一種編譯器。因此，在實際工作中需要根據需求選擇適合自身發展的編譯工具。