煤矿电气自动化控制系统的优化设计 时玉明

煤矿电气自动化控制系统的优化设计时玉明

摘要：煤矿电气自动化控制系统优化设计工作，是一项专业性以及复杂性都相

对较强的工作，与煤矿企业生产效率的提升有密切的关系，会影响到煤矿企业生

产获得效益。

关键词：煤矿；电气自动化；控制系统；优化设计

引言

煤矿电气自动化控制系统对于保障煤矿生产效率，以及煤矿生产的安全性有

着直接性的影响。想要促进我国煤矿生产企业实现可持续发展，就必须要不断地

加强煤矿电气自动化控制系统的优化。增强系统运行的抗干扰能力，对输入电路

和输出电路进行优化，并且强化软件模块的优化，使得电气自动化控制系统运行

更加稳定、可靠。

1优化设备选型

1.1系统规模分析

由于每种PLC产品所对应的系统规模各不相同，因此，在选取PLC设备的型

号之前，应当细致地分析自身系统的规模，以缩小选取设备的范围。若仅需要对

瓦斯浓度进行检测，则可以选用微型设备，以达到节约投资的目；而水泵机房要

求必须依据矿井内不断变化的水位来改变工作状态及形式，这就要求PLC设备必

须能够更好地控制闭环与逻辑，所以应选用中等PLC设备；若想实现实时监控矿

井中每个工人的安全，实时检测矿井下的控制及通信，达到全程监控的目的，那

么势必会加重监控任务，而中型与微型PLC设备无法满足监控需求，所以应选取

大型的PLC设备。

1.2确定I/O点的类型

根据煤矿的电气自动化控制的实际需求，根据被控对象的复杂程度，对设备

的I/O点的数量与类型，需要进行统计，制作出清单，然后根据系统控制的内容

容量的估计，确定保留有足够的软硬件资源余量，但是又不会造成资源的过度浪费。同时，还需要根据煤矿的供电状况，确定设备的输出点的动作频率，从而决

定输出端是采用继电器输出、晶闸管输出，还是采用晶体管进行输出。

1.3编程工具的分析和选择

在我国现有的煤矿电气化控制系统中，应用得比较普遍的编程工具主要包括

图形编程器、手持编程器以及计算机与PLC相结合的编程器。手持编辑器自身的

编程效率不高，只能针对小规模的PLC设备进行编程。图形编程器使用最为普遍

的形式是梯形编程，该编程形式比较简便，适用于中型的PLC设备。为了提高效率，通常选用PLC软件包及计算机对大型PLC进行编程，但此种编程形式在开发

的过程中需要耗费巨大的资金，且在现场调试时颇为不便，因此一般只在大型煤

矿自动化控制系统中使用。煤矿电气自动化系统若想快速地提升自身的控制效率，必须依据系统的规模来选取适合自身系统的编程工具，以确保快速、高效地对自

身系统进行编程。

2煤矿电气自动化控制系统硬件模块优化设计分析

2.1抗干扰设计的优化

想要不断提升煤矿电气自动化控制系统运行的安全性和稳定性，首选需要考

虑的就是增强煤矿电气自动化控制系统的抗干扰能力。煤矿生产环境非常的复杂，使得煤矿电气自动化控制系统也会处于较为复杂的环境中，外界因素对于电气自

动化控制系统的运行有着很深的影响，对于煤矿电气自动化控制系统的抗干扰性

能也有着很高的需求。对于以往煤矿电气自动化控制系统的运行进行深入调查发现，电子脉冲对于系统芯片干扰，是导致煤矿电气自动化控制系统失灵的主要因素，可以将此内容作为提升煤矿电气自动化控制系统抗干扰能力的切入点。可以

采取以下几种方式：在系统芯片的外表添加金属保护层，避免电磁对芯片的不良

干扰，技术人员可以将金属质地的工作柜植入到PLC控制系统中。对于工作柜的

外壳进行加固处理，使得工作柜与地面紧密的联系起来，保障煤矿电气自动化系

统可以健康运行。在煤矿电气自动化控制系统中装置隔离变压器，从而提升系统

的抗干扰能力。将中性点经过电容与地面进行良好的链接，利用1:1的隔离变压器。绕组间存在的电容是耦合形成的，也是对电气系统运行造成高频干扰的主要

因素。对线路布置方案进行优化，使得线路布置能够满足电气自动化控制系统的

实际需求。可以利用双绞线作为电气自动化控制系统中模拟限号的传输线，从而

避免电缆造成的不良影响。要注重将强点动力线与弱电信号线相分离，使其二者

不会相互干扰。

2.2系统输出电路的优化

对于输出电路的设计优化方面，要根据煤矿生产的实际需求，对于各种指示

标志、调速装置等都要采用晶体管进行输出，使其能够适应高频动作，并且提高

响应速度。以煤矿的水泵机房的电气自动化控制系统为例，如果PLC系统的输出

频率仅为每分钟6次以下，

以采用继电器输出，这种设计能够确保电路的简化，并且其抗干扰能力与带

负载的能力都相对较强。但是，如果PLC输出带电磁线圈或者其它感性负载，在

断电的过程中，可能会产生浪涌电流进而造成PLC芯片的损毁。因此，为了避免

这种现象的出现，可以在其电路盘并接续流二极管，使其能够对浪涌电流进行吸收，有效地保护PLC芯片。如果PLC系统的动作频率在每分钟10次以下6次以上，采用继电器进行输出也是可行的，但是一般建议采用中间继电器或者固态继

电器对水泵房的开合进行控制。

2.3控制系统中输入电路的优化

在实施输入电路设计优化过程中，必须要充分考虑到系统正常运行基础上，

与PLC供电电源之间的电压取值标准范围。按照煤矿企业的相关统计数据来看，

一般情况下，在煤矿企业的日常生产经营管理期间，PLC的供电电压实际取值范

围控制在85V－240V之间，相对来说其区间是比较宽裕的，电源幅度已经达到了155V。但是从煤矿企业中电气自动化管理控制系统具体运行情况上来看，必须要

安装相应的可以支持电源净化处理的标准化设备。当前形势之下，我国的供电系

统在运行期间存在着大量相对较多的不稳定因素，生产管理的现场环境相对复杂，干扰因素较多，从而使自动化的管理控制系统时常处在恶劣环境中。目前，滤波

器以及隔离变压器电源净化设备属于比较常见的设备，应用范围也相对较广。

3煤矿电气自动化控制系统中软件模块优化设计

3.1软件结构优化设计

软件设计方面，有基本程序设计和模块化设计两种不同的结构形式。在煤矿

的生产过程中，一套程序往往需要根据煤矿开采的不同程度，适时地进行调整。

因此，采用模块化的设计，更有利于后续的功能拓展。首先，要将煤矿电气自动

化控制系统的控制目标分成多个具有明确子任务的模块，然后对其进行分别的编

写和调试，最后将其进行组合形成一个完整的程序。模块化的结构设计，使得煤

矿电气自动化控制系统能够更为便捷地进行调整，使其能够更为符合实际生产状况。