煤礦電氣自動化控制系統優化研究

煤礦電氣自動化控制系統優化研究

　　現代煤礦的生產技術在不斷地進步和發展,電氣自動化控制系統的引入,進一步提高了煤礦生產的效率和管理能力。 下面是小編搜集整理的相關內容的論文，歡迎大家閱讀參考。

　　摘要：伴隨現代電氣自動化控制工藝的引入和使用，煤礦生產效率獲得顯著提升，但基于PLC系統的電氣自動化控制系統在使用中也存在諸多問題。以此為著手點，在分析電氣自動化系統構建必要性的基礎上，從設備選型與架構優化兩方面對電氣自動化系統的優化進行總結分析，希望能為其它礦井電氣自動化系統的優化改造提供借鑒與參考。

　　關鍵詞：煤礦；電氣自動化；設備選型優化；架構優化

　　引言

　　伴隨煤炭產業近年來的飛速發展，煤礦現代化程度不斷增加，而這一成果的達成則同大量自動化電氣控制系統的應用密不可分，譬如井下瓦斯涌出量的監測、井下通風狀況測量、井下水泵的控制等。正是通過這些電氣自動化控制系統的應用，井下工人工作環境得以改善的同時其工作強度也得以顯著降低。但隨著電氣自動化控制系統應用的不斷增多，如何對其系統構建開展有效的優化，從而降低系統構建成本，并提升系統運行的穩定性，成為進一步推動煤礦企業良性發展的必要舉措。

　　1電氣自動化系統設備選型優化

　　現階段，市場上各類用于電氣自動化控制的PLC（可編程邏輯控制器）系統種類繁多，不同種類與品牌其應用性能上也存在一定的差別，因此在進行電氣自動化系統設備選型上應對下述問題進行充分考慮。

　　1.1明確礦井電氣自動化系統規模

　　構建礦井電氣自動化系統時必須立足礦井自身實際，明確自身系統規模后，再進行相應的設備型號選擇。以常見的西門子PLC系統為例，當僅僅對井下瓦斯涌出量進行監測時，適宜選擇SIEMENS-S7-200等各類微型PLC控制系統；當需要監測礦井井下水文變化進而調控水泵房設備運行狀態時，由于涉及較為復雜的邏輯與閉環控制，適宜選擇SIEMENS-S7-300等中型規模PLC控制系統；當電氣自動化系統用于對整個井下安全作業生產進行綜合監控，并實時針對井下作業進行安全管理時，系統需要涉及通訊、智能監控和監測等多種功能，因此適宜選擇SIEMENS-S7-400等大型PLC控制系統[1]。

　　1.2明確I/O點類別

　　進行電氣自動化控制系統構建時，應依據系統實際使用需求和被控制對象通知難易程度，對I/O（輸入輸出端口）點的類別及數量進行選擇，并制作相應的使用清單，同時根據系統控制量，提前預留一定的軟硬件余量，避免浪費的同時對設備后期擴容進行一定的預估。此外，還需依據井下生產作業實際用電情況，對各電氣設備輸出點頻率進行明確，進而對輸出端所采用的裝置類型進行確定。

　　1.3編程工具的適當選取

　　就現階段電氣自動化控制系統應用而言，其主要編程工具類型有手持編程器、圖形編程器與計算機軟件編程器等幾種類型。其中手持編程器僅能通過有限的預設語句表進行編程操作，不僅效率低下且適用范圍相對狹窄，只能滿足簡單操作的微型PLC編程需求；圖形編程器運用梯形圖進行編程操作，具備直觀簡潔的特點，能被運用于中型PLC編程；而采用計算機軟件編程則是最為高效、簡潔的方法，不過受限于計算機軟件開發難度大、成本高，同時難以進行現場實際調試，因此僅被應用于礦井大型PLC控制程序構建中。有鑒于此，在編程工具的選擇上，礦井必須結合自身實際，從經濟優化與使用優化的雙重角度出發，選擇適宜的工具進行編程作業[2-3]。

　　2電氣自動化系統設備架構優化

　　2.1硬件優化

　　硬件架構作為礦井電氣自動化控制系統的基礎核心之一，其結構的良好與否同整個系統的安全、穩定有著密切關系。所以，應對其進行優化改造，具體從下述幾點著手：

　　a)輸入電路優化。對于電氣自動化控制系統輸入電路的優化改造，應注意PLC供電電源多為80V~240V交流電，有著良好的寬幅適用性。不過考慮到井下作業環境的惡劣性及當前國內礦山供電環境的不穩定性，為確保整個電路輸入系統具備良好的抗干擾性能，以維持整個電氣自動化系統運行的持久、穩定，應對輸入電路增設電源凈化裝置，譬如隔離變壓器與濾波器等。以1:1的隔離變壓器為例，其能借助雙隔離技術，將變壓器初級和次級兩級屏蔽層由電氣中性點接地，從而實現對脈沖干擾的有效屏蔽；

　　b)輸出電路優化。針對電氣自動化系統輸出電路的優化，應結合礦井實際，使用晶體管對各類標示與調試設備進行輸出，以確保其有效適應設備的高頻動作，并增加電路反應效率。以井下水泵機房電氣自動化控制為例，當PLC控制系統輸出頻率為6min1次時，可選用繼電裝置進行輸出，以確保電路結構簡明的同時具備良好的抗干擾性能。不過，PLC系統在攜帶有感性負載進行輸出時，當發生斷電時極易形成浪涌電流導致其芯片的損毀。對此，應在其它電路并接續流二極管，以便能對浪涌電流進行吸收，避免其對芯片造成損害[4]；

　　c)抗干擾優化。實現井下電氣自動化控制系統對外界干擾的有效抵抗也應是其日常管理的要點之一。由于井下作業環境相對惡劣，電氣自動化系統抗干擾性的提升也勢在必行。通常采取下述幾種方式：

　　(a)借助隔離變壓裝置抵抗干擾，鑒于電網中的干擾多源于繞組將電容耦合導致，適宜選用1:1的的變壓裝置，并使中性點通過電容進行接地；

　　(b)布設金屬外殼實現對整個系統的電磁屏蔽，同時金屬外殼還可充當接地端，有效實現對靜電、電磁脈沖和空間輻射等外界干擾對系統運行的負面影響；

　　(c)優化布線，借由將強弱電力線路的分隔布設，并采用雙絞線屏蔽電纜充當信號傳輸線，從而起到有效的抗干擾功效。

　　2.2軟件優化

　　軟件作為電氣自動化運行控制的核心所在，其優化程度對于整個系統優化后工作效率的提升有著直接性影響。通常來說，軟件的優化改良應同硬件設施的優化同步開展，其具體內容可分為以下幾點：a)軟件結構優化。對于軟件設計而言，其分為模塊設計與基本程序設計兩大類。對于井下生產作業而言，電氣自動化系統運行時必須實時根據礦井生產狀況進行調控，所以適宜選用模塊化設計，從而為后續功能拓展提供便利。首先，將整個電氣自動化控制系統控制對象劃分為多個子任務模塊，隨后對不同模塊進行單獨編寫與調試，最后再將單獨的各模塊整合成為完整的一個程序。通過這種設計方式，整個礦井的自動化電氣控制系統便能依據井下生產實際情況進行實時的快速調節，確保整個系統始終運行的高效、高質[5-6]；b)程序設計過程優化。對于程序的優化而言，其核心要點便是實現I/O節點的最優化分配，依據井下生產狀況對I/O節點井下按需分配的同時，對各個I/O節點的控制盡可能實現集中調控，以便于后期維護作業的開展。與此同時，還應對系統中各定時與計數裝置進行統一編號，從而更好地推動系統運行效率及可靠性的提升。此外，為進一步增加系統運行速度，在控制系統的邏輯設計上應秉承簡潔明了的基本原則，方便指令編寫輸入的同時盡可能降低所占內存。而對于PLC芯片中的各類觸點，則可通過合理設計進行多次的重復使用，而無需借助復雜指令降低觸點使用頻率。譬如，井下瓦斯監測裝置的開啟/關閉通過一個按鈕來實現控制，就能通過二分頻以達成。通過這種方法，整個電氣自動化控制系統中I/O節點使用量可明顯降低，實現資源節約與系統運行效率提升的雙贏。

　　3結語

　　伴隨現代科技的突飛猛進，電子技術日益在煤礦生產中獲得廣泛應用，并對礦井生產效率的提升起到良好推動。不過，鑒于礦井電氣自動化控制系統實現方式的多種多樣，其不僅適用環境存在極大差異，同時運行效率與運行成本也各不相同。所以，煤礦在進行自身電氣自動化控制系統的構建時必須立足自身實際，積極創新系統設計方法，優化系統設備選型與整體架構，從而在降低運行成本的同時實現控制系統運行效率的提升，進而為礦井的長久可持續發展及現代化建設提供助推力。

　　參考文獻：

　　［1］張紅梅.電氣自動化的改進方法實施策略研究［J］.煤，2015(1)：69-70.

　　［2］李養明.煤礦電氣自動化控制系統應用優化分析［J］.山東煤炭科技，2015(7)：105-106.

　　［3］張悅，王玲.煤礦提升機電氣控制系統優化設計［J］.煤礦機械，2013(11)：246-248.

　　［4］劉學成.金橋煤礦井下排水系統優化［J］.煤礦安全，2016(2)：127-129.

　　［5］殷佳琳，李智勇.電氣自動化控制設備的可靠性測試［J］.煤炭技術，2012(4)：60-62.

　　［6］王淼.煤礦機械電氣設備自動化調試技術的應用［J］.煤礦機械，2013(7)：242-244.

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