煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

王勇

摘 要：現(xiàn)代化煤礦生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，使得煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)得到了更為廣泛的應(yīng)用，從而大大提升了煤礦企業(yè)的生產(chǎn)效益和管理水平。現(xiàn)階段，基于PCL嵌入型電氣自動(dòng)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(yīng)用，但是還是需要進(jìn)一步優(yōu)化煤礦電氣自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程。本文從研究如何優(yōu)化煤礦企業(yè)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中機(jī)械設(shè)備的選型方面入手，研究如何優(yōu)化煤礦電氣自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，為我國煤礦企業(yè)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：煤礦電氣自動(dòng)化；控制系統(tǒng)；機(jī)械設(shè)備選型；優(yōu)化設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TD614 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-3520（2013）-12-0217-01

引言

煤礦企業(yè)在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，高安全性能、高效率的煤礦圣生產(chǎn)需要大量的數(shù)據(jù)資料和模型量的監(jiān)控設(shè)備來完成，例如：計(jì)算瓦斯含量，檢測(cè)實(shí)際通風(fēng)情況，控制礦井水泵的開合等。而基于PCL嵌入型電氣自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)可以適應(yīng)復(fù)雜的工作環(huán)境，也能夠?qū)崿F(xiàn)煤礦電氣設(shè)備的自動(dòng)化監(jiān)控。但是在構(gòu)建煤礦電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的過程中，如何優(yōu)化設(shè)計(jì)，如何降低煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的構(gòu)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(duì)煤礦企業(yè)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中機(jī)械設(shè)備的優(yōu)化選型和結(jié)構(gòu)優(yōu)化進(jìn)行研究。

1.優(yōu)化煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中機(jī)械設(shè)備的選型

1.1確定煤礦電氣自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)規(guī)模

按照煤礦實(shí)際規(guī)模和煤礦自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)規(guī)模來決定PLC機(jī)械設(shè)備的選型。例如：西門子公司生產(chǎn)的PLC產(chǎn)品，假設(shè)只需要對(duì)瓦斯?jié)舛鹊臋z測(cè)過程進(jìn)行控制，可選擇SIEMENSS7-200等機(jī)械設(shè)備。假設(shè)需要結(jié)合煤礦井的水位變化情況來決定水泵機(jī)房的具體工作情況，這主要包括了復(fù)雜的邏輯型控制和閉環(huán)型控制，這就需要選擇SIEMENSS7-300等機(jī)械設(shè)備；而結(jié)合礦井下的瓦斯?jié)舛群推渌麉?shù)對(duì)井下工作人員進(jìn)行科學(xué)化的管理，這會(huì)涉及到通信、智能化檢測(cè)和控制，這需要選擇大型的PLC產(chǎn)品。

1.2明確I/O點(diǎn)的種類

按照煤礦電氣自動(dòng)化控制的具體要求和被監(jiān)控對(duì)象的復(fù)雜情況，對(duì)機(jī)械設(shè)備的I/O點(diǎn)的種類和數(shù)量進(jìn)行詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)，并列出清單；再通過估計(jì)系統(tǒng)的監(jiān)控內(nèi)容容量來明確需要保留軟件和硬件資源的余量，同時(shí)需要充分注意不能過度浪費(fèi)資源。此外，還需要按照煤礦實(shí)際供電情況來明確機(jī)械設(shè)備輸出點(diǎn)的具體動(dòng)作頻率，進(jìn)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(dòng)化控制系統(tǒng)的軟件編程工具包括了手持編程工具、計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)加PLC包屬于效率最高的編程方式，但這種編程方式的單價(jià)較高，并不適用于操作現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。通常情況下在大型或中型煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中進(jìn)行軟件編程和硬件組態(tài)工作，為進(jìn)一步提升機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)化控制效率，要求結(jié)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(dòng)化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

2.1硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化

硬件結(jié)構(gòu)作為整個(gè)煤礦電子自動(dòng)化控制系統(tǒng)的核心部件，對(duì)整個(gè)煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)起著直接的影響。所以需要對(duì)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。因?yàn)槭褂靡蟮牟煌褂玫挠布矔?huì)出現(xiàn)一定的差異，而本文針對(duì)所有控制系統(tǒng)需要高度關(guān)注的輸出電路、輸入電路和系統(tǒng)抗干擾部件等進(jìn)行研究。

（一）針對(duì)系統(tǒng)輸出電路進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)于系統(tǒng)的輸出電路進(jìn)行優(yōu)化，需要結(jié)合煤礦生產(chǎn)的具體要求，對(duì)所有指示標(biāo)志與調(diào)速設(shè)備等均需要利用晶體管來完成輸出工作，使得它能夠負(fù)荷高頻率的動(dòng)作，并提升了響應(yīng)的速度。例如：煤礦水泵機(jī)房電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的PLC系統(tǒng)輸出率假設(shè)控制在5次/min以下，能夠利用繼電器進(jìn)行輸出，這種設(shè)計(jì)方式可以保證電路的簡(jiǎn)單化，并能夠提高抗干擾能力和帶負(fù)載能力。但是假設(shè)PLC系統(tǒng)輸出帶電磁線圈在斷電時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)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(duì)PLC芯片起到很好的保護(hù)。假設(shè)PLC系統(tǒng)動(dòng)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(duì)系統(tǒng)輸入電路進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)于系統(tǒng)的輸入電路進(jìn)行優(yōu)化，重點(diǎn)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(qiáng)的寬幅適用性能。但是因?yàn)榈V井下工作環(huán)境較為復(fù)雜、惡劣，且我國現(xiàn)階段供電的不穩(wěn)定，所以為了實(shí)現(xiàn)抗干擾目的，保障系統(tǒng)的安全運(yùn)行，要求在輸入電路部件中安裝電源凈化設(shè)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(shè)計(jì)。系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)是所有煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)需要引起高度關(guān)注的問題。而對(duì)抗干擾進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)可以從二點(diǎn)出入：其一，利用隔離變壓器進(jìn)行抗干擾優(yōu)設(shè)計(jì)。電網(wǎng)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(diǎn)通過電容和地面連接起來。其二，優(yōu)化布線。利用強(qiáng)點(diǎn)動(dòng)力線路或是弱電信號(hào)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(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

軟件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)可以與硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一同進(jìn)行，其關(guān)鍵工作在于按照煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)送的基本步驟，把軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化成梯形圖，這也屬于PLC系統(tǒng)在電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的具體應(yīng)用中出現(xiàn)的主要問題。對(duì)軟件結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)主要從兩點(diǎn)出發(fā)：其一，對(duì)軟件程序設(shè)計(jì)過程進(jìn)行優(yōu)化，而這關(guān)鍵在于對(duì)I/O點(diǎn)的優(yōu)化。按照煤礦電氣自動(dòng)化控制喜用的具體要求分配I/O點(diǎn)，最大限度地實(shí)現(xiàn)I/O信號(hào)的集中編制，進(jìn)而全面提高系統(tǒng)的維護(hù)質(zhì)量。其二，對(duì)軟件結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，包括了對(duì)基礎(chǔ)程序與模塊的優(yōu)化設(shè)計(jì)。在實(shí)際的煤礦生產(chǎn)過程中，把煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的控制對(duì)象分為數(shù)個(gè)模塊，再對(duì)其進(jìn)行調(diào)試與編寫，最后把它們組合成一個(gè)完成的軟件程序。對(duì)于模塊的優(yōu)化設(shè)計(jì)使得煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)調(diào)整起來更加方便。

3.結(jié)語

綜上所述，煤礦企業(yè)可以從優(yōu)化煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中機(jī)械設(shè)備的選型以及優(yōu)化煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)與硬件結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。