王勇

摘 要：現代化煤礦生產技術的進一步發(fā)展，使得煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)得到了更為廣泛的應用，從而大大提升了煤礦企業(yè)的生產效益和管理水平。現階段，基于PCL嵌入型電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)在我國煤礦行業(yè)的發(fā)展中得到了較為廣泛的應用，但是還是需要進一步優(yōu)化煤礦電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)的設計過程。本文從研究如何優(yōu)化煤礦企業(yè)電氣自動化系統(tǒng)中機械設備的選型方面入手，研究如何優(yōu)化煤礦電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)的結構，為我國煤礦企業(yè)電氣自動化控制系統(tǒng)的優(yōu)化設計提供科學依據。

關鍵詞：煤礦電氣自動化；控制系統(tǒng)；機械設備選型；優(yōu)化設計

中圖分類號：TD614 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3520（2013）-12-0217-01

引言

煤礦企業(yè)在實際的生產過程中，高安全性能、高效率的煤礦圣生產需要大量的數據資料和模型量的監(jiān)控設備來完成，例如：計算瓦斯含量，檢測實際通風情況，控制礦井水泵的開合等。而基于PCL嵌入型電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)可以適應復雜的工作環(huán)境，也能夠實現煤礦電氣設備的自動化監(jiān)控。但是在構建煤礦電氣自動化系統(tǒng)的過程中，如何優(yōu)化設計，如何降低煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)的構建成本，如何提升監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性是煤礦企業(yè)目前面臨的主要問題。筆者針對煤礦企業(yè)電氣自動化控制系統(tǒng)中機械設備的優(yōu)化選型和結構優(yōu)化進行研究。

1.優(yōu)化煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)中機械設備的選型

1.1確定煤礦電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)規(guī)模

按照煤礦實際規(guī)模和煤礦自動化監(jiān)控系統(tǒng)規(guī)模來決定PLC機械設備的選型。例如：西門子公司生產的PLC產品，假設只需要對瓦斯?jié)舛鹊臋z測過程進行控制，可選擇SIEMENSS7-200等機械設備。假設需要結合煤礦井的水位變化情況來決定水泵機房的具體工作情況，這主要包括了復雜的邏輯型控制和閉環(huán)型控制，這就需要選擇SIEMENSS7-300等機械設備；而結合礦井下的瓦斯?jié)舛群推渌麉祵鹿ぷ魅藛T進行科學化的管理，這會涉及到通信、智能化檢測和控制，這需要選擇大型的PLC產品。

1.2明確I/O點的種類

按照煤礦電氣自動化控制的具體要求和被監(jiān)控對象的復雜情況，對機械設備的I/O點的種類和數量進行詳細的統(tǒng)計，并列出清單；再通過估計系統(tǒng)的監(jiān)控內容容量來明確需要保留軟件和硬件資源的余量，同時需要充分注意不能過度浪費資源。此外，還需要按照煤礦實際供電情況來明確機械設備輸出點的具體動作頻率，進而判斷出輸出端口是采用繼電器輸出或是利用晶體管來完成輸出工作。

1.3選擇適合的軟件編程工具

從目前情況來看，煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)的軟件編程工具包括了手持編程工具、計算機加PLC包、圖形編程工具等主要方式。（一）手持編程工具只適用于廠家明文規(guī)定的語句表的編程中，這種工具的工作效率較低，只能用在小規(guī)模的PLC的編程中。（二）計算機加PLC包屬于效率最高的編程方式，但這種編程方式的單價較高，并不適用于操作現場調試。通常情況下在大型或中型煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)中進行軟件編程和硬件組態(tài)工作，為進一步提升機械設備的自動化控制效率，要求結合具體情況，選擇是適合的軟件編程工具。

2.優(yōu)化煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)的結構

2.1硬件結構設計的優(yōu)化

硬件結構作為整個煤礦電子自動化控制系統(tǒng)的核心部件，對整個煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運動起著直接的影響。所以需要對硬件結構設計進行優(yōu)化。因為使用要求的不同，所使用的硬件也會出現一定的差異，而本文針對所有控制系統(tǒng)需要高度關注的輸出電路、輸入電路和系統(tǒng)抗干擾部件等進行研究。

（一）針對系統(tǒng)輸出電路進行優(yōu)化。對于系統(tǒng)的輸出電路進行優(yōu)化，需要結合煤礦生產的具體要求，對所有指示標志與調速設備等均需要利用晶體管來完成輸出工作，使得它能夠負荷高頻率的動作，并提升了響應的速度。例如：煤礦水泵機房電氣自動化控制系統(tǒng)中的PLC系統(tǒng)輸出率假設控制在5次/min以下，能夠利用繼電器進行輸出，這種設計方式可以保證電路的簡單化，并能夠提高抗干擾能力和帶負載能力。但是假設PLC系統(tǒng)輸出帶電磁線圈在斷電時，可能會出現浪涌電流，使得PLC芯片受到損壞。所以為防止這種問題的發(fā)生，能夠在其他的電路盤并能連接流二極管，使得它能夠吸收浪涌電流，并對PLC芯片起到很好的保護。假設PLC系統(tǒng)動作頻率控制在6次/min到10次/min之間，也可以利用繼電器來完成輸出工作，但是通常情況下利用固態(tài)型繼電器或中間式繼電器有效控制水泵房的開合。

（二）針對系統(tǒng)輸入電路進行優(yōu)化。對于系統(tǒng)的輸入電路進行優(yōu)化，重點考慮PLC系統(tǒng)供電電源，通常情況下，是控制在交流90到250V之間，這具備了加強的寬幅適用性能。但是因為礦井下工作環(huán)境較為復雜、惡劣，且我國現階段供電的不穩(wěn)定，所以為了實現抗干擾目的，保障系統(tǒng)的安全運行，要求在輸入電路部件中安裝電源凈化設備，例如：安裝電源濾波器、隔離變壓器等。

（三）抗干擾的優(yōu)化設計。系統(tǒng)的抗干擾設計是所有煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)需要引起高度關注的問題。而對抗干擾進行優(yōu)化設計可以從二點出入：其一，利用隔離變壓器進行抗干擾優(yōu)設計。電網中存在高頻率干擾主要是由于原副邊繞組間的分布式電容耦合形成，因此要求利用超隔離變壓器，并把中性點通過電容和地面連接起來。其二，優(yōu)化布線。利用強點動力線路或是弱電信號線方式分開走線，并保證這之間有一定的間距，從而起到較好的抗干擾效果。

2.2軟件結構的優(yōu)化設計

軟件結構的優(yōu)化設計可以與硬件結構設計一同進行，其關鍵工作在于按照煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)送的基本步驟，把軟件結構設計轉化成梯形圖，這也屬于PLC系統(tǒng)在電氣自動化控制系統(tǒng)的具體應用中出現的主要問題。對軟件結構進行優(yōu)化設計主要從兩點出發(fā)：其一，對軟件程序設計過程進行優(yōu)化，而這關鍵在于對I/O點的優(yōu)化。按照煤礦電氣自動化控制喜用的具體要求分配I/O點，最大限度地實現I/O信號的集中編制，進而全面提高系統(tǒng)的維護質量。其二，對軟件結構進行優(yōu)化設計，包括了對基礎程序與模塊的優(yōu)化設計。在實際的煤礦生產過程中，把煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)的控制對象分為數個模塊，再對其進行調試與編寫，最后把它們組合成一個完成的軟件程序。對于模塊的優(yōu)化設計使得煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)調整起來更加方便。

3.結語

綜上所述，煤礦企業(yè)可以從優(yōu)化煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)中機械設備的選型以及優(yōu)化煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)的軟件結構與硬件結構來實現煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)的優(yōu)化設計。