煤矿电气自动化控制系统的优化设计分析

煤矿电气自动化控制系统的优化设计分析
摘要：随着电子技术发展，电气自动化控制技术在煤矿生产中得到广泛应用，
也促进煤矿生产效率的提高。

然而，如何对煤矿电气自动化控制系统进行优化设计，还需要设计人员不懈努力，进行反复设计与实践。

关键词：煤矿；电气自动化；控制系统；优化设计
一、煤矿电气自动化控制系统分析
1.1 信息采集系统
采集信息是PLC的主要功能，作用于煤矿电气自动化控制系统核心部分。

通
过通讯模块，将矿井下情况的信号以参数的形式传送至可编程控制器中，并根据
煤矿生产的电气设备的实际运行的情况进行风险评估，以便在突发情况发生时及
时反馈给相关技术人员。

另一方面，能够通过主从站之间的信息交换，实现人机
交互的工作状态，不断将运行信息以声光的方式发送，可以进行连锁保护，这是
电控系统本身具有的一个重要功能。

1.2 电磁阀
在煤矿生产作业之中，所使用的电磁阀可以通过进气系统划分为两类，分别
是耐腐型电磁阀及普通型电磁阀。

由于煤矿作业的工作环境相对复杂，存在着大
量腐蚀性物质，这些腐蚀性物质会影响煤矿生产电气设备的正常使用。

如何提高
煤矿生产电气设备的抗腐蚀性成为业内关注的焦点。

耐腐型的电磁阀通常用四氟
乙烯制成，具有成本低廉、抗腐蚀性强的特点，因此被广泛应用于煤矿生产作业
的进气系统中。

1.3 PLC控制器
PLC控制器作为自动化的控制设备能够用于煤矿生产电气设备的控制工作。

煤矿生产电气控制系统主要采用PLC （可编程控制器）支持煤矿生产电气设备的
整体运作。

一般来说，自动化煤矿生产电气设备的PLC可编程控制器主要由CPU
主站单元、数字量输出模块、拟量输出模块、特殊通讯模块、数字量输入模块及
模拟量输出模块六大部分组成。

主站单元CPU处理器增加了输出点，从而方便系
统直接对煤矿生产电气设备进行控制，另外，在转速、频率方面拟量输入模块都
有很大进步，不但能够用于采集信号，还能保证操作员用于多线操作。

此外，扩
展单元将煤矿生产电气设备分为上下部分，配置16点数字输出模块，从而增强
电气控制系统对电气设备损坏报警系统等部分的控制，增加数字信号的交换频率，在低成本的基础上实现高性能的煤矿生产设备电子控制系统构成，控制执行元件
工作的时序，从而达到理想的煤矿生产效果。

1.4 参数测量与控制
就电气控制系统而言，温度控制、矿井水泵的开合控制都是其核心内容，将
直接反映煤矿的电气设备的运行情况，因此优化电气设备的控制系统对于煤矿的
生产工作具有十分重要的意义。

通常情况，测量设备的热电阻作为对应的传感器
都能保持清晰的传感功能，需要注意的是，要将传感器的温度保持在100 ℃以内[1]。

通过将温度信号转换为电压信号，最终实现闭环控制。

电气控制系统在企业
的日常煤矿生产工作中扮演着关键角色，可以借助监控层与网络连接，从而实现
对瓦斯含量的计算、通风情况的检测、采集数据的工作，动态的对单元过程、设
备进行控制。

而管理监控层的应用主要是利用组态，采集数据信息，实现优化处
理相关信息数据的目的。

二、煤矿电气自动化控制系统现状
无论是国际或者国内，煤矿业的自动化发展必然将成为未来发展的道路。

无
论在煤矿的建设还是发展中，自动化系统可以实现监控、诊断、维护等诸多内容，实现整体生产过程的自动化，是对工作效率的提高。

目前，根据我国《煤
矿自动化规划》要求，我国建设的新建矿井均为综合自动化网络平台主导生产管理。

正在生产的主力矿井，均为自动化基础好的矿井，从设备集中控制向系统集
中控制转变，对一些老矿井进行自动化改造，按照节能降耗的原则，进行逐步的
改造。

目前，自动化控制技术被广泛应用在多个行业，其中煤矿、火电、核电、化工、石油等行业对自动化的应用已经较为成熟，并处在不断发展之中，结合现状，煤矿电气自动化控制系统创新后，未来的发展方向，则是将技术与成熟的产品、多年实际运行过程中的经验进行整合，对自动化控制提供更为完整、整体性
的方案。

三、煤矿电气自动化控制系统的优化设计措施
3.1 优化系统硬件
（1）输入电路。

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）输出电路。

在煤矿水泵机房的电气自动化控制系统中，PLC 输出频率
为 6 次/min，可以采用继电器输出，其抗干扰能力与带负载能力相对较强。

如果PLC 输出带电磁线圈或者其他感性负载，为避免产生浪涌电流对 PLC 芯片造成损坏，可以在电路盘上接续二极管，使其充分吸收浪涌电流，保证 PLC 芯片。

3.2 优化系统软件
系统软件的优劣对于煤矿开采工作的顺利进行也至关重要，对系统软件进行
创新，意味着对于不同变化条件可以进行更加细致的满足，即提高开采效率和开
采质量。

对这一目标的实现，需要通过进行系统内部软件的处理，处理得当则是
完成这一目标的关键步骤之一。

对系统内部软件的处理，应用直观的图表来展
现组合装配，不仅是 PIC系统应用过程中的关键步骤，同时也是技术上的难点。

系统创新或优化的工作，应该从自身的规模进行，在了解煤矿开采工作实际需求
的前提下，进行工作设计，选择软件的参数，并且进行合理搭配，使优化/创新之后的系统可以与煤矿的实际运行情况相匹配，然后在实际操作过程中，完成对工
效和质量的提升。

3.3 优化设备系统
煤矿的开采，现代化式应用自动控制系统，提高工作效率即意味着提高企业
的竞争力。

为了电气自动化控制利用更加高效，选用PIC设备之前，必须进行整
体性系统状态和功能的评估。

若只对煤矿开采中的瓦斯浓度进行监测，可以选择
微型设备。

但是矿井中，水位高低直接影响着水泵的工作状态，所以对PIC的选
择上就必须选择大型设备。

在优化设备系统上，使设计要求水平更高并对矿井实
施全方位实时监控，是未来的主要发展方向。

实现这一内容，可以全方位对矿井
下的情况并数据进行掌控。

另一方面，在编程程序上，当前主要有三种，分别
为手控编程、PIC编程和计算机编程。

三者并没有绝对优劣，手动编程适合数据较少时使用，PIC编程适合大规模的采矿需求，但是范围有限制。

计算机编程和PIC编程的结合，能提高效率但是耗资大，以上多种编程组合方式中，在煤矿电气自动化控制系统的创新时，应根据当时情况的需求，因地制宜，因时制宜，完成编程方式的选择。

结束语
煤矿电气自动化控制系统的优化对于煤矿工业的发展有着重要作用和意义。

要结合实际情况，对于软件系统、硬件系统及系统设备进行优化，提高煤矿工业的电气自动化程度，促进煤矿工业的发展。

参考文献
[1]廉志先,郑德祥.电气自动化控制设备可靠性测试分析[J].科技经济导刊,2016(04).
[2]刘超.电气自动化控制系统之设计思路探析[J].神州 ,2013(06).。