煤矿企业电气自动化控制系统的技术应用

煤矿企业电气自动化控制系统的技术应用

发表时间：2017-07-31T11:45:20.447Z 来源：《防护工程》2017年第8期作者：陈恒[导读] 近年来随着社会在不断的发展，使得自动化技术的发展前景变得越加乐观。核工业井巷建设集团公司

摘要：随着近年我国的社会经济快速发展，煤矿企业的现代化生产一直追求着高效性与安全性，这就致使煤矿企业需要大量的数字化数据和与之相对应的控制装置。例如：针对通风状态的测量、矿井水泵的开合控制以及针对瓦斯含量的检测等。因为以PLC为基础的嵌入式系统能较好地适应各种严酷的作业条件，所以当前该项技术已经成为电气控制系统实现自动化运行的重要方法，具有显着的便捷性与高效性。为了使煤矿电气自动化控制系统的建设成本降到最低，让控制系统有更强的稳定性以及实现更多功能，在建设煤矿电气自动化控制系统的时候，怎么样科学地进行优化设计是一个十分重要的问题。关键词：煤矿；自动化控制；设备；电气自动化

近年来随着社会在不断的发展，使得自动化技术的发展前景变得越加乐观，许多企业都在尝试将自动化技术运用到企业生产当中，如果这一目标能够实现，那么将大大的减少了企业的劳力开销，同时也能收集到很多更加准确的数据。也对以后自动化技术的研究奠定了基础，让企业在自动化技术上有更好的发展，同时可以避免很多的工人长期在恶劣环境中工作，这样也大大的增加了工人的安全保障。尽管和发达国家相比我国煤矿生产的机械设备还显得比较落后，但是已经有了很大的发展，另一个方面的原因也是因为国内从事这一行业的人员不多，工作环境的不好也给工人添加了很多麻烦，同时对工人的身体健康造成一定的危害，因此吸取了很多国外的经验，把电气自动化技术应用在煤矿企业中，工作效率有了显著的提高。1设备选型的优化

目前市场中的PLC产品的数量与种类都很多，按出厂商进行区分，有西门子、欧姆龙、LG及三菱、研华、富士、松下等等。设备品牌、型号的差别直接影响到对系统优化设计方案的制定。因此在实际工作中可以根据以下几方面进行设备选型：1.1 选择设备是根据系统的规模。煤矿生产实际情况直接影响了控制系统自身的规模，因此决定了优化过程中所需选择的PLC设备以及系统设计的规模。以西门子的设备为例，若只是检测与控制瓦斯含量，则可选择西门子S7-100等小型PLC，在系统控制内容中，如果要监测矿井水位情况，并作为水泵机房的依据运行。应选择中等规模且具有复杂逻辑控制、闭环控制的PLC系统，所以应该选择西门子S7-300等PLC，而当控制系统需要实现对井下施工人员的工作安全、瓦斯浓度等指标进行监控，就应当选择具备智能检测、数据通信以及控制的大型PLC系统，则应当选择西门子S7-400型号。

1.2 I/O点设置数量及选择类型的确定。以控制系统运行过程中所要实现的具体功能及控制对象的实际情况为依据，对设备的输入、输出点的设置数量及类型进行选择。对系统软、硬件余量进行确定时应以系统控制的总体容量为依据，确保容量充分利用且坚持节约原则。此外，控制系统中电气设备类型的选择及其输出功率、频率的确定应以煤矿作业中供电实际需求为参考，输出端包括继电器、晶体管以及品闸管等。

1.3 合理、科学编程工具的确定。当前应用范围较广的控制系统中，通常以手持编程器、PLC软件包以及图形编程器作为主要的编程工具。其中手持编程器较多针对于微型、小规模的PLC编程，且运行效率有限；利用图形编程器进行编程时通常采取梯形图，主要用于中型PLC编程。计算机加PLC软件包编程一般用于大型PLC系统编程，其效率最高。然而这种方式的成本较高，且不利于现场调试。因此，为了加强煤矿电气自动化控制系统的运行效率，应以控制系统实际情况为导向合理、科学地选择编程工具。

2 煤矿电气自动化控制系统中整体构架的优化2.1 硬件优化

2.1.1 优化设计输入电路。在进行设计优化输入电路时，即使PLC的供电电源通常具有宽幅适用性，处于AC85V~240V，然而，由于井下作业条件较为艰苦，且会对电气供电系统的稳定性、可靠性造成不利影响。在输入电路中设置电源净化元件（电源滤波器、隔离变压器等）可以发挥抗干扰的作用，且对保障控制系统的整体可靠性、稳定性及安全性具有很大作用。使用的隔离变压器具有双隔离技术，则可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，进而达到降低电流脉冲干扰的效果。还有，可以把DC 24V作PLC的输入电源，按容量对负载进行调整。并进行防短路的全面操作。这样能让煤矿电气自动化控制系统的稳定性得到加强。

2.1.2 输出电路的优化设计

在针对输出电路进行设计优化时，应当按照煤矿生产的具体要求需求，针对各类调速装置等电路进行优化。由于晶体管具有高频高效的优势，能够有效加快响应速度，因此，应将其作为主要考虑对象。如，电气系统在对水泵机房进行控制时，要求PLC系统应达到>6次/分钟的输出效率，因此继电器更加适合，不仅可保证简化电路，同时也具备较强的抗干扰及负载能力。当电路切断时，电路中浪涌电流可能会对PLC输出带电磁线圈等造成影响，从而导致其芯片被损坏。因此，应以续流二极管并接电路盘的方式实现吸收浪涌电流、保护芯片的作用。

2.2 软件优化

2.2.1结构优化

模块化、程序化是优化系统软件结构的两种优化方式。软件程序的调整与设计直接受煤矿作业实际情况影响，因此，在后期进行功能拓展中模块化优化方式更加有利。首先根据控制系统有着不同子任务的模块把控制目标划分，再进行分别调试，最后通过组合形成完整的系统。模块化的结构设计对后期修改更加便捷。

2.2.2 程序优化

优化I/O的分配是优化程序的重点。应当结合控制系统的要求并坚持“按需分配”的基本原则，对输入、输出信号以集中化形式进行编制，达到提高运行效率及优化系统的目的。同时，应对系统中的定时器、计数器进行统一编号，来加强控制系统的稳定性。中间标志位与内部继电器在系统程序中大量使用，因此也需要统一编号后在分配地址，然后列出I/O中间标志位、分配表以及内部继电器分配表。

3 电气自动化控制系统的应用