趙春生（開灤集團(tuán)錢家營礦業(yè)分公司，河北 唐山 063300）

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煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)應(yīng)用優(yōu)化探析

趙春生
（開灤集團(tuán)錢家營礦業(yè)分公司，河北 唐山 063300）

摘 要：當(dāng)前煤礦生產(chǎn)技術(shù)在向著現(xiàn)代化與自動(dòng)化的方向不斷進(jìn)步，隨著相關(guān)技術(shù)的普及與發(fā)展，煤礦生產(chǎn)流程中應(yīng)用的電氣控制系統(tǒng)呈現(xiàn)出自動(dòng)化發(fā)展趨勢(shì)，系統(tǒng)的自動(dòng)化運(yùn)行不僅提高了生產(chǎn)安全性與可控性，更加直接提高了生產(chǎn)效率與經(jīng)濟(jì)效益。在這其中，以PLC為基礎(chǔ)的電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)得到了最廣泛的應(yīng)用。本文以此為中心，針對(duì)PLC電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡要探討。

關(guān)鍵詞：煤礦；電氣自動(dòng)化；控制系統(tǒng)；應(yīng)用優(yōu)化

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，現(xiàn)代化的煤礦生產(chǎn)一直追求著更高的效率與安全性，這就需要大量的數(shù)字化數(shù)據(jù)與相應(yīng)的控制裝置。例如：礦井水泵的開合控制、針對(duì)通風(fēng)狀態(tài)的測(cè)量以及針對(duì)瓦斯含量的檢測(cè)等。由于以PLC為基礎(chǔ)的嵌入式系統(tǒng)可良好地適應(yīng)多種嚴(yán)酷的作業(yè)條件要求，當(dāng)前該技術(shù)已經(jīng)成為電氣控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行的重要方法，具有顯著的高效性與便捷性。為了減少煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的建設(shè)成本，加強(qiáng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性及實(shí)現(xiàn)更多功能，在建設(shè)煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)時(shí)，如何科學(xué)地進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)是一個(gè)十分重要的問題。

1　煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的設(shè)備選型的優(yōu)化

目前市場(chǎng)中的PLC產(chǎn)品的種類與數(shù)量都非常多，按廠商進(jìn)行分類，有西門子、歐姆龍、LG及三菱、研華、富士、松下、研祥、通用電氣、合力時(shí)等等。設(shè)備品牌、型號(hào)的差別對(duì)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的制定具有直接影響。因此，在實(shí)際工作中進(jìn)行設(shè)備選型時(shí)應(yīng)從以下幾方面進(jìn)行考慮：

1.1以系統(tǒng)規(guī)模為依據(jù)選擇設(shè)備?？刂葡到y(tǒng)自身的規(guī)模直接受煤礦生產(chǎn)實(shí)際情況的影響，進(jìn)而決定了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的規(guī)模及優(yōu)化過程中所選擇的PLC設(shè)備。以西門子設(shè)備為例，若僅僅需要針對(duì)瓦斯含量進(jìn)行檢測(cè)與控制，可選擇西門子S7-100等小型PLC。當(dāng)系統(tǒng)控制內(nèi)容需要對(duì)礦井水位情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并將其作為水泵機(jī)房運(yùn)行依據(jù)，應(yīng)選擇中等規(guī)模且具有閉環(huán)控制、復(fù)雜邏輯控制的PLC系統(tǒng)，所以應(yīng)當(dāng)選擇西門子S7-300等PLC。當(dāng)控制系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)對(duì)井下作業(yè)人員的工作及安全、瓦斯?jié)舛鹊戎笜?biāo)進(jìn)行監(jiān)控，就應(yīng)當(dāng)選擇則具備數(shù)據(jù)通信、智能檢測(cè)以及控制的大型PLC系統(tǒng)，此時(shí)可選擇西門子S7-400型號(hào)。

1.2I/O點(diǎn)設(shè)置數(shù)量及選擇類型的確定。以控制系統(tǒng)運(yùn)行過程中所要實(shí)現(xiàn)的具體功能及控制對(duì)象的實(shí)際情況為依據(jù)，對(duì)設(shè)備的輸入、輸出點(diǎn)的設(shè)置數(shù)量及類型進(jìn)行選擇。對(duì)系統(tǒng)軟、硬件余量進(jìn)行確定時(shí)應(yīng)以系統(tǒng)控制的總體容量為依據(jù)，確保容量充分利用且堅(jiān)持節(jié)約原則。此外，控制系統(tǒng)中電氣設(shè)備類型的選擇及其輸出功率、頻率的確定應(yīng)以煤礦作業(yè)中供電實(shí)際需求為參考，輸出端包括繼電器、晶體管以及品閘管等。

1.3合理、科學(xué)編程工具的確定。當(dāng)前應(yīng)用范圍較廣的控制系統(tǒng)中，通常以手持編程器、PLC軟件包以及圖形編程器作為主要的編程工具。其中手持編程器較多針對(duì)于微型、小規(guī)模的PLC編程，且運(yùn)行效率有限；利用圖形編程器進(jìn)行編程時(shí)通常采取梯形圖，主要用于中型PLC編程。計(jì)算機(jī)加PLC軟件包編程一般用于大型PLC系統(tǒng)編程，其效率最高。然而這種方式的成本較高，且不利于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。因此，為了加強(qiáng)煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的運(yùn)行效率，應(yīng)以控制系統(tǒng)實(shí)際情況為導(dǎo)向合理、科學(xué)地選擇編程工具。

2　煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中整體構(gòu)架的優(yōu)化

2.1硬件方面

2.1.1輸入電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)。在針對(duì)輸入電路進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)，雖然PLC的供電電源通常具有寬幅適用性，處于AC 85V～240V。然而，由于井下作業(yè)環(huán)境及條件較為艱苦且會(huì)對(duì)電氣供電系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性造成不利影響。通過將電源凈化元件（電源濾波器、隔離變壓器等）設(shè)置在輸入電路中可以發(fā)揮抗干擾的作用，且對(duì)保障控制系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性、可靠性及安全性具有很大作用。利用具有雙隔離技術(shù)的隔離變壓器，可以實(shí)現(xiàn)利用初級(jí)電氣中性點(diǎn)讓電路變壓器初級(jí)、次級(jí)線圈屏蔽層接地，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)降低電流脈沖干擾的目的。此外，以DC 24V作為PLC的輸入電源并按照其容量調(diào)整負(fù)載，并進(jìn)行全面的防短路操作。這樣有助于加強(qiáng)煤礦整體的電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.1.2輸出電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)。在針對(duì)輸出電路進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)，應(yīng)當(dāng)按照煤礦生產(chǎn)的具體要求需求，針對(duì)各類調(diào)速裝置等電路進(jìn)行優(yōu)化。由于晶體管具有高頻高效的優(yōu)勢(shì)，能夠有效加快響應(yīng)速度，因此，應(yīng)將其作為主要考慮對(duì)象。如，電氣系統(tǒng)在對(duì)水泵機(jī)房進(jìn)行控制時(shí)，要求PLC系統(tǒng)應(yīng)達(dá)到＞6次/分鐘的輸出效率，因此繼電器更加適合，不僅可保證簡化電路，同時(shí)也具備較強(qiáng)的抗干擾及負(fù)載能力。當(dāng)電路切斷時(shí)，電路中浪涌電流可能會(huì)對(duì)PLC輸出帶電磁線圈等造成影響，從而導(dǎo)致其芯片被損壞。因此，應(yīng)以續(xù)流二極管并接電路盤的方式實(shí)現(xiàn)吸收浪涌電流、保護(hù)芯片的作用。

2.2軟件方面

2.2.1優(yōu)化結(jié)構(gòu)。優(yōu)化系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)的過程中主要包括模塊化、程序化兩種優(yōu)化方式。煤礦作業(yè)實(shí)際情況直接影響著軟件程序的調(diào)整與設(shè)計(jì)，因此，模塊化方式更加有助于后期進(jìn)行功能拓展。首先需要把控制系統(tǒng)的控制目標(biāo)劃分為有著不同子任務(wù)的模塊，再分別進(jìn)行調(diào)試，最后組合形成完整的系統(tǒng)。模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可更加便捷地進(jìn)行后期修改。

2.2.2優(yōu)化程序。優(yōu)化程序的重點(diǎn)在于優(yōu)化I/O的分配。應(yīng)堅(jiān)持“按需分配”的基本原則并結(jié)合控制系統(tǒng)的要求，以集中化形式對(duì)輸入、輸出信號(hào)進(jìn)行編制，達(dá)到優(yōu)化系統(tǒng)及提高運(yùn)行效率的目的。同時(shí)，應(yīng)統(tǒng)一對(duì)系統(tǒng)中的定時(shí)器、計(jì)數(shù)器進(jìn)行編號(hào)，以加強(qiáng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在系統(tǒng)程序中大量使用的中間標(biāo)志位與內(nèi)部繼電器也需要統(tǒng)一編號(hào)后在分配地址，然后需要列出I/O分配表、中間標(biāo)志位以及內(nèi)部繼電器分配表。

結(jié)語

社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的不斷加快以及現(xiàn)代高新技術(shù)的不斷開發(fā)，電子技術(shù)、信息技術(shù)及通信技術(shù)等在諸多領(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用。煤礦電氣控制系統(tǒng)中也開始引用自動(dòng)化技術(shù)及設(shè)備，通過從系統(tǒng)設(shè)備、構(gòu)架等方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)提高生產(chǎn)安全性、效率、管理質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)效益的目的。然而，煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的建設(shè)途徑多種多樣，各種方式的建設(shè)成本與工作效率卻存在著一定的差異，為開展科學(xué)、有效的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行反復(fù)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐。

參考文獻(xiàn)

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[2]馬燕慶.煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)[J].技術(shù)與市場(chǎng)，2014，12（04）：37-38.

中圖分類號(hào)：TM76

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