露天矿电气自动化控制系统优化设计论述

刘秋义　+张宝玖

摘 要：本文就煤矿电气自动化控制系统的优化设计进行了论述。

关键词：露天煤矿；电气自动化；控制系统；优化设计

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

1 露天煤矿电气自动控制系统硬件方面的优化设计

1.1 优化输入电路

输入电路的优化需要考虑在正常状态下的PLC供电源的电压范围，一般情况下，煤矿企业所采用的电压范围为：85.0V～240.0V，电源幅度为155.0V。但在运行和管理中，由于现场情况的复杂性，导致存在众多因素的干扰。例如我国的供电系统在运行时，周围的环境相对恶劣，常常受到外界因素的影响，从而时常出现电力中断的现象。因此，在使用自动控制系统设备进行煤矿开采工作时，就需要采取紧急预案措施，例如：安装电力净化装置（滤波器或隔离器等）。在设计的过程中，要时刻保持PLC输入电源的直流电压值稳定在24.0V，负载要根据环境的变化而调整。合理配置电路，避免运行时出现短路或断路。在操作之前还应该检查PLC芯片，确保其没有受到损坏。为了确保电路稳定，电路需及时更换高质量的保险丝，避免跳闸，从而造成严重的事故。

1.2 优化输出电路

在煤矿电气自动化控制系统的输出电路中，需要优化输出电路。优化需要结合实际情况加以选择，选择的内容包括：相关设备的标志、指示、转速等，从而保证设备的配置能够满足煤矿电气自动化控制系统的工作。在正常状态下，若电气自动化控制系统的输出频率低于正常频率时，则可以通过继电器继续完成。这样可以合理化的设计电路，而不破坏电路的抗干扰性能，且不会影响负载端的正常工作。若电路的负载端为感性负载时（如：电磁线圈），当出现断电情况时，电路仍会通过一定的电流，当浪涌电流值较大时，就有可能烧毁芯片，甚至整个电路。为防止这一现象出现，可以在负载端设置二极管用以吸收浪涌电流，保护电路系统，而不至于被烧坏。另外，为了确保电路能够稳定运行，我们通常采用中间或固态继电器，从而增强电路的灵活性。

1.3 抗干扰能力的优化设计

在煤矿自动控制系统的设计中，抗干扰能力的设计是必不可少的一部分。当自动控制系统的大致结构完成后，紧接着就需要对其抗干扰能力进行设计。一般而言，煤矿企业中的电气自动控制系统经常处在相对恶劣的环境中，从而其稳定性较差，这就对我们的设计工作提出了更高的要求。通过分析我们发现在系统的长期运行中，往往因为磨损或是其他原因，导致电磁脉冲对系统芯片造成一定的破坏。因此，优化芯片的设计是工作的重中之重。通过电磁分析，我们发现可以采取的具体措施有如下几种：第一，采用1：1隔离变压器，降低干扰频率，这是由于电网中原副边绕组之间的电容耦合所产生的各种干扰，另外，在实施的过程中需要将电容接地。第二，将电路装置放入金属外壳内，从而实现屏蔽电磁的作用。金属有良好的屏蔽作用，且能有效地防止外界的干扰。第三，优化系统周边的布线设置，采用合理的手法改造线路，区分强电动力线路和弱电线路的走势，并用双绞线屏蔽模拟信号传输线的电缆。

2 露天煤矿电气自动控制系统软件方面的优化设计

2.1 程序结构的优化

煤矿电气自动化控制系统的主要结构形式为基本程序设计和模块化设计两种，但至于要采用哪种结构形式还要根据实际情况加以选择。但是，为了方便日后软件的修改和设计及进一步开发煤矿电气自动化控制系统，我们一般采用模块化的结构设计形式。在模块化的设计结构中，我们一般按照如下的方式进行操作：第一，勘察现场情况及企业生产要求，将煤矿电气自动化控制系统所控制的对象模块化，每一模块对应一个执行任务。第二，通过对每一模块进行程序的编写和调试，完成每一模块的任务。第三，当所有的子模块都完成后，将其连接拼装，形成一个完整的程序。这样的工作流程便于查找错误，使得系统划分整齐、调整便捷，从而与现场的生产过程有更高的契合度。

2.2 程序过程优化设计

实现煤矿电气自动控制系统的优化设计的核心实质在于：确保优化对I/O接口分配。在执行的过程中，我们应该根据实际情况尽最大努力实现对整个煤矿电气自动控制系统的I/O信号的编制，在这一基础上，系统内部所对应的计数器和计时器等也需要进行集中的编制。当这一工作完成之后，对这些地址分配的情况需要加以详细的记录。另外，我们在设计的过程中需要注意对PLC的控制优化设计，从而极大地提高煤矿电气自动控制系统的工作效率。在这一过程中，我们还需要简化PLC控制程序所控制的设计结构，尽量不要占用更多的内存空间，从而缩短扫描时间。另外，可以多次循环利用PLC芯片所对应的各类触点。在程序设计中安装控制按钮，利用二分频技术控制能源的使用，从而降低资源的消耗，并在一定程度上提高了自动控制系统的运行速度和运行效率。

3 煤矿电气自动控制系统的设备的选择优化

目前市场上有很多自动控制系统的设备可供选择，但是无论是哪一种都要找准其适合的工作环境，才能发挥出其应有的价值。煤矿电气自动控制系统的设备品牌有：合力时、研祥、LG、GE、SIEMEN等。在选择的方面本人总结如下。

3.1 明确煤矿电气自动控制系统的工作模式

在选择时，明确煤矿电气自动控制系统的工作模式及规模大小是一个必须的过程。若我们根据企业生产要求和实际的工作环境，以西门子的PLC产品作为选择，在不同的作业任务及工作状态下，选择的PLC型号也是有所差异的。SIEMEN S7-200等微型PLC产品适合瓦斯浓度的检查，SIEMEN S7-300等中型的PLC产品适合测量矿井水位的变化，SIEMEN S7-400等大型的PLC产品则可以对矿井工人安全进行监控。

3.2 确定I/O点的类型

由于施工的复杂性及实际要求有所差别，设备I/O点的数量和类型有很大的差别。因此，在这方面我们需要进行统计，并做好及时地记录，并根据记录的结果做出预算，从而避免过度的浪费。由于供电条件的不稳定性，在选择设备输出点的动作频率时需要对应选择输出端。

3.3 选择合适的编程工具

煤矿电气自动控制系统的编程工程分为手持编程器、图形编程器及计算机编程系统。手持编译器的造价较低，适合小规模的程序编译，且工作效率较低。图形编译器主要采用梯形图形编译器，这一方法表达比较直观，适合中型PLC编译器。而计算机编译器是一种造价最高，且工作效率也是最高的一种编译器。因此，在实际工作中需要根据需求选择适合自身发展的编译工具。