煤礦電氣自動化控制系統關鍵技術創新設計與應用

牛萬春

（西山晉興公司斜溝煤礦， 山西 興縣 033600）

引言

隨著我國采煤技術的極速發展，電氣系統智能化、自動化水平不斷提高，礦山生產技術越來越趨向于高效率、高安全方向?；赑LC技術的電氣自動化控制系統必須克服煤礦井下生產環境惡劣這一困難，保障在各種情況下工作面電氣設備的穩定運行，避免電磁等環境因素對電氣系統造成不同程度的干擾，提高礦山生產效率[1]。為提升煤礦電氣自動化控制系統設計的安全性和可靠性，對設計進行創新與優化，減少設計成本，增強系統使用性能[2]。

1 單片機電氣自動化控制系統在煤礦生產中的應用

電氣自動化控制系統的核心是單片機，而單片機的規格選型有嚴格的要求，相同型號的單片機在不同的生產環境中會呈現不同的效果。在選擇單片機類型時，應根據煤礦開采和生產環境，對其進行全面、深入的勘察與分析，確保單片機在煤礦生產設備中的正常工作[3-4]。現階段，煤礦多采用PLC單片機，此種單片機具有工作效率高、耗能少、抗干擾強等優點，同時具有很強的防水效果。當生產設備出現漏電現象時，單片機自動采取應對措施，保證工作設備的穩定運行以及工作面的順利生產，且為工作面工作人員提供安全保障。PLC單片機主要對煤礦生產系統設備進行實時保護，通過一系列的信號轉換，將設備故障信號傳輸至計算機。由于其具有抗干擾能力較強、耗能較少等特點，在煤礦中得到了廣泛的應用[5]。

2 煤礦電氣自動化控制系統設計的創新與優化

2.1 設備選型

2.1.1 分析系統規模

通過分析PLC自身系統的規模，對工作面所選設備進行綜合選擇。PLC設備的不同作用對其自身要求也不同，若僅僅要求PLC設備實現對瓦斯濃度的檢測，可以選擇一般微型設備；若要求PLC設備對水泵機房根據水位變化進行工作方式和狀態的變更，可以選擇中等設備；若要求PLC設備對礦井生產人員進行實時監測，微型和中等設備均不能滿足井下通信和控制的監測要求，只能選擇大型的PLC設備。

2.1.2 I/O點類型的確定

為最大程度避免資源的浪費，確保硬件資源余量的不足，根據對某礦監控對象的系統規模確定I/O點的數量，進而對系統進行劃分類別。分析礦井供電情況，對輸出端采用晶體管和繼電器，以確保輸出端的穩定運行，提高輸出效率。

2.1.3 選擇編程工具

根據系統規模確定適合系統本身的編程工具，所選編程工具須確保系統編程能快速高效地完成。對于中小規模的PLC設備編程，選擇梯形編程模式更為實用，應用范圍也較廣泛，而對于大型PLC設備編程，一般使用計算機和PLC軟件包進行編程，這種編程雖然速度較快、編程效率較高，但是經濟投入較多，現場調試時，由于環境因素也十分不便，故編程范圍僅僅針對大型煤礦。

2.2 硬件設計

2.2.1 輸入電路

由于煤礦生產環境復雜，且在某些特殊狀況下供電系統呈現不穩定狀態，對輸入電路部分安裝電源凈化元件，以確保系統運行的安全和穩定，避免因煤礦生產系統的不穩定造成較大的經濟損失。將PLC輸入電源控制在24 V，合理調節電路載荷，防止由于短路影響PLC的穩定運行。在電路短路或超負載情況下，PLC芯片會受到不同程度的損傷，造成系統無法正常運行。因此，對輸出電路進行設計創新對于電氣系統的穩定運行具有重要的作用。

2.2.2 輸出電路

為提高水泵機房電氣自動化系統的抗干擾與負載能力，結合某礦實際生產需求，對輸出電路設計創新?，F階段煤礦電氣自動化控制系統PLC輸出頻率為6次/min，考慮采用繼電器輸出。另外，在電路盤上安裝二極管，可以有效避免對PLC的損傷。

2.2.3 抗干擾設計

在煤礦生產過程中，工作面中的眾多不利因素都會影響電氣自動化控制系統的正常運行。對系統進行抗干擾設計創新是解決這一問題的根本方法。采用三種方法對其提高抗干擾能力，一是利用電磁屏蔽效應，將工作面中的靜電、電磁等干擾信號通過金屬殼屏蔽，減少對電氣設備的干擾。二是應用專業屏蔽設備，現階段煤礦主要采用隔離變壓器，通過中性點經電容接地提高電氣系統設計創新的抗干擾能力。三是合理布線，將強電動力線路與弱電信號線分開走線，避免因雙線交叉對設備產生不同程度的干擾。

2.3 軟件設計

2.3.1 軟件結構

在煤礦電氣自動化控制系統中，基本程序設計與模塊化設計是軟件設計的主要組成部分。根據煤礦工作面的實際生產狀況，將電氣自動化控制系統分為多個子任務模塊，分別對其進行編寫和調試，最后整合起來。并對程序結構進行適時調整，以便軟件結構程序能夠適應不同的實際生產狀況。

2.3.2 程序設計過程

根據某礦自動化控制系統的實際需求，對I/O信號進行集中編制，將不同編號的程序定時器、計數器等設備統一管理，詳細列出I/O分配情況和內部繼電器標志位配表，能夠提升系統的維護效率，促進電氣運行的可靠性。

3 PLC控制系統程序的應用

將PLC控制系統程序應用于某礦，進行I/O端子測試和系統調試。通過試驗，觀測PLC控制系統程序的應用效果。針對不同的PLC系統應用效果制定不同修改策略，確保PLC控制系統程序的應用效率。

3.1 I/O端子測試

手動對PLC輸入端子進行檢查、驗證，若PLC輸入端子的指示燈點亮，表示正常；反之，應檢查接線或者是I/O點壞。

3.2 系統調試

調試過程中，根據某煤礦設計生產需求對硬件進行適當修改，調試程序為檢查硬件、修改程序、對現場信號和控制量做綜合測試、帶設備調試，最后調試結束。通過該程序的試驗，該礦電氣系統能夠穩定運行，減少了經濟成本投入，且保障了工作面生產人員的安全，提高了煤礦開采效率，經濟、社會效益顯著。

4 結論

1）現階段煤礦電氣系統在設備控制和監測方面存在諸多問題，極大地影響了工作面的正常推進，且對井下工作人員安全構成了威脅。

2）對煤礦電氣自動化控制系統進行創新設計和改進，極大提升了煤礦生產效率，保證了煤礦電氣系統運行的穩定性與可靠性。

3）基于PLC電氣自動化控制，根據某煤礦生產的實際需求對設備選型、硬件與軟件設計進行創新與優化，為該礦實現礦山的現代化、自動化和智能化發展提供了保障。

[1] 李建忠.單片機原理及應用[M].西安：西安電子科技大學出版社，2002.

[2] 王玉英，王文魁.單片機在煤礦電氣自動化程制技木中的應用研究[J].電腦知識與技術，2011（32）：8 055-8 057.

[3] 田慶軍，周曉娟.當前煤礦電氣設備安全管理存大的問題和對策[J].煤炭技術，2009（2）：190-191.

[4] 劉麗.煤礦電氣自動化控制系統的優化設計[J].煤炭技術，2013（8）：93-95.

[5] 李養明.煤礦電氣自動化控制系統應用優化分析[J].山東煤炭科技，2015（7）：106-108.