煤礦電氣自動化控制系統應用優化探析

趙春生（開灤集團錢家營礦業分公司，河北 唐山 063300）

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煤礦電氣自動化控制系統應用優化探析

趙春生
（開灤集團錢家營礦業分公司，河北 唐山 063300）

摘 要：當前煤礦生產技術在向著現代化與自動化的方向不斷進步，隨著相關技術的普及與發展，煤礦生產流程中應用的電氣控制系統呈現出自動化發展趨勢，系統的自動化運行不僅提高了生產安全性與可控性，更加直接提高了生產效率與經濟效益。在這其中，以PLC為基礎的電氣自動化控制系統得到了最廣泛的應用。本文以此為中心，針對PLC電氣自動化控制系統的優化設計進行了簡要探討。

關鍵詞：煤礦；電氣自動化；控制系統；應用優化

隨著社會經濟的快速發展，現代化的煤礦生產一直追求著更高的效率與安全性，這就需要大量的數字化數據與相應的控制裝置。例如：礦井水泵的開合控制、針對通風狀態的測量以及針對瓦斯含量的檢測等。由于以PLC為基礎的嵌入式系統可良好地適應多種嚴酷的作業條件要求，當前該技術已經成為電氣控制系統實現自動化運行的重要方法，具有顯著的高效性與便捷性。為了減少煤礦電氣自動化控制系統的建設成本，加強控制系統的穩定性及實現更多功能，在建設煤礦電氣自動化控制系統時，如何科學地進行優化設計應當是一個十分重要的問題。

1　煤礦電氣自動化控制系統中的設備選型的優化

目前市場中的PLC產品的種類與數量都非常多，按廠商進行分類，有西門子、歐姆龍、LG及三菱、研華、富士、松下、研祥、通用電氣、合力時等等。設備品牌、型號的差別對系統優化設計方案的制定具有直接影響。因此，在實際工作中進行設備選型時應從以下幾方面進行考慮：

1.1以系統規模為依據選擇設備?？刂葡到y自身的規模直接受煤礦生產實際情況的影響，進而決定了系統設計的規模及優化過程中所選擇的PLC設備。以西門子設備為例，若僅僅需要針對瓦斯含量進行檢測與控制，可選擇西門子S7-100等小型PLC。當系統控制內容需要對礦井水位情況進行監測，并將其作為水泵機房運行依據，應選擇中等規模且具有閉環控制、復雜邏輯控制的PLC系統，所以應當選擇西門子S7-300等PLC。當控制系統需要實現對井下作業人員的工作及安全、瓦斯濃度等指標進行監控，就應當選擇則具備數據通信、智能檢測以及控制的大型PLC系統，此時可選擇西門子S7-400型號。

1.2I/O點設置數量及選擇類型的確定。以控制系統運行過程中所要實現的具體功能及控制對象的實際情況為依據，對設備的輸入、輸出點的設置數量及類型進行選擇。對系統軟、硬件余量進行確定時應以系統控制的總體容量為依據，確保容量充分利用且堅持節約原則。此外，控制系統中電氣設備類型的選擇及其輸出功率、頻率的確定應以煤礦作業中供電實際需求為參考，輸出端包括繼電器、晶體管以及品閘管等。

1.3合理、科學編程工具的確定。當前應用范圍較廣的控制系統中，通常以手持編程器、PLC軟件包以及圖形編程器作為主要的編程工具。其中手持編程器較多針對于微型、小規模的PLC編程，且運行效率有限；利用圖形編程器進行編程時通常采取梯形圖，主要用于中型PLC編程。計算機加PLC軟件包編程一般用于大型PLC系統編程，其效率最高。然而這種方式的成本較高，且不利于現場調試。因此，為了加強煤礦電氣自動化控制系統的運行效率，應以控制系統實際情況為導向合理、科學地選擇編程工具。

2　煤礦電氣自動化控制系統中整體構架的優化

2.1硬件方面

2.1.1輸入電路的優化設計。在針對輸入電路進行設計優化時，雖然PLC的供電電源通常具有寬幅適用性，處于AC 85V～240V。然而，由于井下作業環境及條件較為艱苦且會對電氣供電系統的可靠性、穩定性造成不利影響。通過將電源凈化元件（電源濾波器、隔離變壓器等）設置在輸入電路中可以發揮抗干擾的作用，且對保障控制系統的整體穩定性、可靠性及安全性具有很大作用。利用具有雙隔離技術的隔離變壓器，可以實現利用初級電氣中性點讓電路變壓器初級、次級線圈屏蔽層接地，進而實現降低電流脈沖干擾的目的。此外，以DC 24V作為PLC的輸入電源并按照其容量調整負載，并進行全面的防短路操作。這樣有助于加強煤礦整體的電氣自動化控制系統的穩定性。

2.1.2輸出電路的優化設計。在針對輸出電路進行設計優化時，應當按照煤礦生產的具體要求需求，針對各類調速裝置等電路進行優化。由于晶體管具有高頻高效的優勢，能夠有效加快響應速度，因此，應將其作為主要考慮對象。如，電氣系統在對水泵機房進行控制時，要求PLC系統應達到＞6次/分鐘的輸出效率，因此繼電器更加適合，不僅可保證簡化電路，同時也具備較強的抗干擾及負載能力。當電路切斷時，電路中浪涌電流可能會對PLC輸出帶電磁線圈等造成影響，從而導致其芯片被損壞。因此，應以續流二極管并接電路盤的方式實現吸收浪涌電流、保護芯片的作用。

2.2軟件方面

2.2.1優化結構。優化系統軟件結構的過程中主要包括模塊化、程序化兩種優化方式。煤礦作業實際情況直接影響著軟件程序的調整與設計，因此，模塊化方式更加有助于后期進行功能拓展。首先需要把控制系統的控制目標劃分為有著不同子任務的模塊，再分別進行調試，最后組合形成完整的系統。模塊化的結構設計，可更加便捷地進行后期修改。

2.2.2優化程序。優化程序的重點在于優化I/O的分配。應堅持“按需分配”的基本原則并結合控制系統的要求，以集中化形式對輸入、輸出信號進行編制，達到優化系統及提高運行效率的目的。同時，應統一對系統中的定時器、計數器進行編號，以加強控制系統的穩定性。在系統程序中大量使用的中間標志位與內部繼電器也需要統一編號后在分配地址，然后需要列出I/O分配表、中間標志位以及內部繼電器分配表。

結語

社會經濟發展速度的不斷加快以及現代高新技術的不斷開發，電子技術、信息技術及通信技術等在諸多領域中發揮著重要作用。煤礦電氣控制系統中也開始引用自動化技術及設備，通過從系統設備、構架等方面進行優化設計，從而實現提高生產安全性、效率、管理質量及經濟效益的目的。然而，煤礦電氣自動化控制系統的建設途徑多種多樣，各種方式的建設成本與工作效率卻存在著一定的差異，為開展科學、有效的優化設計工作，應當進行反復的設計與實踐。

參考文獻

[1]劉麗.煤礦電氣自動化控制系統的優化設計[J].煤炭技術，2013，32（08）：93-95.

[2]馬燕慶.煤礦電氣自動化控制系統創新設計[J].技術與市場，2014，12（04）：37-38.

中圖分類號：TM76

文獻標識碼：A