煤矿电气自动化控制系统应用优化探析

赵春生（开滦集团钱家营矿业分公司，河北 唐山 063300）



煤矿电气自动化控制系统应用优化探析

赵春生
（开滦集团钱家营矿业分公司，河北 唐山 063300）

摘 要：当前煤矿生产技术在向着现代化与自动化的方向不断进步，随着相关技术的普及与发展，煤矿生产流程中应用的电气控制系统呈现出自动化发展趋势，系统的自动化运行不仅提高了生产安全性与可控性，更加直接提高了生产效率与经济效益。在这其中，以PLC为基础的电气自动化控制系统得到了最广泛的应用。本文以此为中心，针对PLC电气自动化控制系统的优化设计进行了简要探讨。

关键词：煤矿；电气自动化；控制系统；应用优化

随着社会经济的快速发展，现代化的煤矿生产一直追求着更高的效率与安全性，这就需要大量的数字化数据与相应的控制装置。例如：矿井水泵的开合控制、针对通风状态的测量以及针对瓦斯含量的检测等。由于以PLC为基础的嵌入式系统可良好地适应多种严酷的作业条件要求，当前该技术已经成为电气控制系统实现自动化运行的重要方法，具有显著的高效性与便捷性。为了减少煤矿电气自动化控制系统的建设成本，加强控制系统的稳定性及实现更多功能，在建设煤矿电气自动化控制系统时，如何科学地进行优化设计应当是一个十分重要的问题。

1　煤矿电气自动化控制系统中的设备选型的优化

目前市场中的PLC产品的种类与数量都非常多，按厂商进行分类，有西门子、欧姆龙、LG及三菱、研华、富士、松下、研祥、通用电气、合力时等等。设备品牌、型号的差别对系统优化设计方案的制定具有直接影响。因此，在实际工作中进行设备选型时应从以下几方面进行考虑：

1.1以系统规模为依据选择设备。控制系统自身的规模直接受煤矿生产实际情况的影响，进而决定了系统设计的规模及优化过程中所选择的PLC设备。以西门子设备为例，若仅仅需要针对瓦斯含量进行检测与控制，可选择西门子S7-100等小型PLC。当系统控制内容需要对矿井水位情况进行监测，并将其作为水泵机房运行依据，应选择中等规模且具有闭环控制、复杂逻辑控制的PLC系统，所以应当选择西门子S7-300等PLC。当控制系统需要实现对井下作业人员的工作及安全、瓦斯浓度等指标进行监控，就应当选择则具备数据通信、智能检测以及控制的大型PLC系统，此时可选择西门子S7-400型号。

1.2I/O点设置数量及选择类型的确定。以控制系统运行过程中所要实现的具体功能及控制对象的实际情况为依据，对设备的输入、输出点的设置数量及类型进行选择。对系统软、硬件余量进行确定时应以系统控制的总体容量为依据，确保容量充分利用且坚持节约原则。此外，控制系统中电气设备类型的选择及其输出功率、频率的确定应以煤矿作业中供电实际需求为参考，输出端包括继电器、晶体管以及品闸管等。

1.3合理、科学编程工具的确定。当前应用范围较广的控制系统中，通常以手持编程器、PLC软件包以及图形编程器作为主要的编程工具。其中手持编程器较多针对于微型、小规模的PLC编程，且运行效率有限；利用图形编程器进行编程时通常采取梯形图，主要用于中型PLC编程。计算机加PLC软件包编程一般用于大型PLC系统编程，其效率最高。然而这种方式的成本较高，且不利于现场调试。因此，为了加强煤矿电气自动化控制系统的运行效率，应以控制系统实际情况为导向合理、科学地选择编程工具。

2　煤矿电气自动化控制系统中整体构架的优化

2.1硬件方面

2.1.1输入电路的优化设计。在针对输入电路进行设计优化时，虽然PLC的供电电源通常具有宽幅适用性，处于AC 85V～240V。然而，由于井下作业环境及条件较为艰苦且会对电气供电系统的可靠性、稳定性造成不利影响。通过将电源净化元件（电源滤波器、隔离变压器等）设置在输入电路中可以发挥抗干扰的作用，且对保障控制系统的整体稳定性、可靠性及安全性具有很大作用。利用具有双隔离技术的隔离变压器，可以实现利用初级电气中性点让电路变压器初级、次级线圈屏蔽层接地，进而实现降低电流脉冲干扰的目的。此外，以DC 24V作为PLC的输入电源并按照其容量调整负载，并进行全面的防短路操作。这样有助于加强煤矿整体的电气自动化控制系统的稳定性。

2.1.2输出电路的优化设计。在针对输出电路进行设计优化时，应当按照煤矿生产的具体要求需求，针对各类调速装置等电路进行优化。由于晶体管具有高频高效的优势，能够有效加快响应速度，因此，应将其作为主要考虑对象。如，电气系统在对水泵机房进行控制时，要求PLC系统应达到＞6次/分钟的输出效率，因此继电器更加适合，不仅可保证简化电路，同时也具备较强的抗干扰及负载能力。当电路切断时，电路中浪涌电流可能会对PLC输出带电磁线圈等造成影响，从而导致其芯片被损坏。因此，应以续流二极管并接电路盘的方式实现吸收浪涌电流、保护芯片的作用。

2.2软件方面

2.2.1优化结构。优化系统软件结构的过程中主要包括模块化、程序化两种优化方式。煤矿作业实际情况直接影响着软件程序的调整与设计，因此，模块化方式更加有助于后期进行功能拓展。首先需要把控制系统的控制目标划分为有着不同子任务的模块，再分别进行调试，最后组合形成完整的系统。模块化的结构设计，可更加便捷地进行后期修改。

2.2.2优化程序。优化程序的重点在于优化I/O的分配。应坚持“按需分配”的基本原则并结合控制系统的要求，以集中化形式对输入、输出信号进行编制，达到优化系统及提高运行效率的目的。同时，应统一对系统中的定时器、计数器进行编号，以加强控制系统的稳定性。在系统程序中大量使用的中间标志位与内部继电器也需要统一编号后在分配地址，然后需要列出I/O分配表、中间标志位以及内部继电器分配表。

结语

社会经济发展速度的不断加快以及现代高新技术的不断开发，电子技术、信息技术及通信技术等在诸多领域中发挥着重要作用。煤矿电气控制系统中也开始引用自动化技术及设备，通过从系统设备、构架等方面进行优化设计，从而实现提高生产安全性、效率、管理质量及经济效益的目的。然而，煤矿电气自动化控制系统的建设途径多种多样，各种方式的建设成本与工作效率却存在着一定的差异，为开展科学、有效的优化设计工作，应当进行反复的设计与实践。

参考文献

[1]刘丽.煤矿电气自动化控制系统的优化设计[J].煤炭技术，2013，32（08）：93-95.

[2]马燕庆.煤矿电气自动化控制系统创新设计[J].技术与市场，2014，12（04）：37-38.

中图分类号：TM76

文献标识码：A