煤矿电气自动化控制系统的优化设计

王勇

摘 要：现代化煤矿生产技术的进一步发展，使得煤矿电气自动化控制系统得到了更为广泛的应用，从而大大提升了煤矿企业的生产效益和管理水平。现阶段，基于PCL嵌入型电气自动化监控系统在我国煤矿行业的发展中得到了较为广泛的应用，但是还是需要进一步优化煤矿电气自动化监控系统的设计过程。本文从研究如何优化煤矿企业电气自动化系统中机械设备的选型方面入手，研究如何优化煤矿电气自动化监控系统的结构，为我国煤矿企业电气自动化控制系统的优化设计提供科学依据。

关键词：煤矿电气自动化；控制系统；机械设备选型；优化设计

中图分类号：TD614 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2013）-12-0217-01

引言

煤矿企业在实际的生产过程中，高安全性能、高效率的煤矿圣生产需要大量的数据资料和模型量的监控设备来完成，例如：计算瓦斯含量，检测实际通风情况，控制矿井水泵的开合等。而基于PCL嵌入型电气自动化监控系统可以适应复杂的工作环境，也能够实现煤矿电气设备的自动化监控。但是在构建煤矿电气自动化系统的过程中，如何优化设计，如何降低煤矿电气自动化控制系统的构建成本，如何提升监控系统的稳定性是煤矿企业目前面临的主要问题。笔者针对煤矿企业电气自动化控制系统中机械设备的优化选型和结构优化进行研究。

1.优化煤矿电气自动化控制系统中机械设备的选型

1.1确定煤矿电气自动化监控系统规模

按照煤矿实际规模和煤矿自动化监控系统规模来决定PLC机械设备的选型。例如：西门子公司生产的PLC产品，假设只需要对瓦斯浓度的检测过程进行控制，可选择SIEMENSS7-200等机械设备。假设需要结合煤矿井的水位变化情况来决定水泵机房的具体工作情况，这主要包括了复杂的逻辑型控制和闭环型控制，这就需要选择SIEMENSS7-300等机械设备；而结合矿井下的瓦斯浓度和其他参数对井下工作人员进行科学化的管理，这会涉及到通信、智能化检测和控制，这需要选择大型的PLC产品。

1.2明确I/O点的种类

按照煤矿电气自动化控制的具体要求和被监控对象的复杂情况，对机械设备的I/O点的种类和数量进行详细的统计，并列出清单；再通过估计系统的监控内容容量来明确需要保留软件和硬件资源的余量，同时需要充分注意不能过度浪费资源。此外，还需要按照煤矿实际供电情况来明确机械设备输出点的具体动作频率，进而判断出输出端口是采用继电器输出或是利用晶体管来完成输出工作。

1.3选择适合的软件编程工具

从目前情况来看，煤矿电气自动化控制系统的软件编程工具包括了手持编程工具、计算机加PLC包、图形编程工具等主要方式。（一）手持编程工具只适用于厂家明文规定的语句表的编程中，这种工具的工作效率较低，只能用在小规模的PLC的编程中。（二）计算机加PLC包属于效率最高的编程方式，但这种编程方式的单价较高，并不适用于操作現场调试。通常情况下在大型或中型煤矿电气自动化控制系统中进行软件编程和硬件组态工作，为进一步提升机械设备的自动化控制效率，要求结合具体情况，选择是适合的软件编程工具。

2.优化煤矿电气自动化控制系统的结构

2.1硬件结构设计的优化

硬件结构作为整个煤矿电子自动化控制系统的核心部件，对整个煤矿电气自动化控制系统的安全、稳定运动起着直接的影响。所以需要对硬件结构设计进行优化。因为使用要求的不同，所使用的硬件也会出现一定的差异，而本文针对所有控制系统需要高度关注的输出电路、输入电路和系统抗干扰部件等进行研究。

（一）针对系统输出电路进行优化。对于系统的输出电路进行优化，需要结合煤矿生产的具体要求，对所有指示标志与调速设备等均需要利用晶体管来完成输出工作，使得它能够负荷高频率的动作，并提升了响应的速度。例如：煤矿水泵机房电气自动化控制系统中的PLC系统输出率假设控制在5次/min以下，能够利用继电器进行输出，这种设计方式可以保证电路的简单化，并能够提高抗干扰能力和带负载能力。但是假设PLC系统输出带电磁线圈在断电时，可能会出现浪涌电流，使得PLC芯片受到损坏。所以为防止这种问题的发生，能够在其他的电路盘并能连接流二极管，使得它能够吸收浪涌电流，并对PLC芯片起到很好的保护。假设PLC系统动作频率控制在6次/min到10次/min之间，也可以利用继电器来完成输出工作，但是通常情况下利用固态型继电器或中间式继电器有效控制水泵房的开合。

（二）针对系统输入电路进行优化。对于系统的输入电路进行优化，重点考虑PLC系统供电电源，通常情况下，是控制在交流90到250V之间，这具备了加强的宽幅适用性能。但是因为矿井下工作环境较为复杂、恶劣，且我国现阶段供电的不稳定，所以为了实现抗干扰目的，保障系统的安全运行，要求在输入电路部件中安装电源净化设备，例如：安装电源滤波器、隔离变压器等。

（三）抗干扰的优化设计。系统的抗干扰设计是所有煤矿电气自动化控制系统需要引起高度关注的问题。而对抗干扰进行优化设计可以从二点出入：其一，利用隔离变压器进行抗干扰优设计。电网中存在高频率干扰主要是由于原副边绕组间的分布式电容耦合形成，因此要求利用超隔离变压器，并把中性点通过电容和地面连接起来。其二，优化布线。利用强点动力线路或是弱电信号线方式分开走线，并保证这之间有一定的间距，从而起到较好的抗干扰效果。

2.2软件结构的优化设计

软件结构的优化设计可以与硬件结构设计一同进行，其关键工作在于按照煤矿电气自动化控制系统送的基本步骤，把软件结构设计转化成梯形图，这也属于PLC系统在电气自动化控制系统的具体应用中出现的主要问题。对软件结构进行优化设计主要从两点出发：其一，对软件程序设计过程进行优化，而这关键在于对I/O点的优化。按照煤矿电气自动化控制喜用的具体要求分配I/O点，最大限度地实现I/O信号的集中编制，进而全面提高系统的维护质量。其二，对软件结构进行优化设计，包括了对基础程序与模块的优化设计。在实际的煤矿生产过程中，把煤矿电气自动化控制系统的控制对象分为数个模块，再对其进行调试与编写，最后把它们组合成一个完成的软件程序。对于模块的优化设计使得煤矿电气自动化控制系统调整起来更加方便。

3.结语

综上所述，煤矿企业可以从优化煤矿电气自动化控制系统中机械设备的选型以及优化煤矿电气自动化控制系统的软件结构与硬件结构来实现煤矿电气自动化控制系统的优化设计。