煤礦電氣自動化控制系統設計及優化

蘇永生

摘要

煤礦電氣自動化系統主要是有硬件和軟件兩個部分組成，在對系統進行設計的過程中，為提升系統的性能及其運行穩定性，可從硬件和軟件兩個方面著手，對系統進行優化設計。基于此點，本文首先對煤礦電氣自動化系統的硬件優化設計進行分析，隨后對煤礦電氣自動化控制系統軟件的優化設計進行論述。

【關鍵詞】煤礦 電氣自動化 系統優化設計

1 煤礦電氣自動化系統的硬件優化設計

1.1 電路優化設計

1.1.1 輸入電路的優化設計方法

煤礦供電系統受復雜生產環境的影響在運行中存在著不穩定性，為了保證電氣自動化控制系統安全運行，應在輸入電路部分安裝電源凈化元件，避免因電氣自動化控制系統出現故障而影響煤礦生產運行的穩定性。在輸入電路設計中，可將電氣自動化系統的輸入電源控制在24V，對電路載荷進行適當調節，保護系統的穩定運行，避免短路問題發生。由于PLC芯片在電路短路的情況下易受到損壞，導致系統運行故障，所以需優化設計輸入電路，消除短路的影響。

1.1.2 輸出電路的優化設計方法

電氣自動化控制系統的輸出電路優化要以滿足煤礦生產運行為前提進行優化，保證各類型設備裝置能夠適應系統的高頻性動作，如指示設備、調速設備等，使設備的響應速度不受影響，符合生產運行對各類設備的功能要求。如，在水泵機房的電氣自動化控制系統設計中，系統輸出頻率為每分鐘6次，可利用繼電器對輸出電路進行優化設計，以達到提高輸出電路抗干擾性能、簡化電路構成的良好設計效果。但與此同時必須注意的是，如果電氣自動化控制系統輸出感性負載，一旦系統面臨斷電情況，就會使系統產生浪涌電流，對系統芯片造成損壞，嚴重時會直接損毀芯片，造成系統運行故障。所以，在優化設計電氣自動化控制系統的輸出電路時，要有效控制浪涌的產生，保護芯片安全完整。為滿足這一要求，可在電氣自動化控制系統的輸出電路盤上連接二極管，讓二極管吸收系統產生的涌浪電流，避免涌浪電流沖擊芯片。如果系統輸出頻率在每分鐘7-10次之間，也可利用繼電器優化輸出電路設計，最好選擇固態繼電器以保證輸出電路運行的穩定性，增強水泵房開合動作控制的靈活性。

1.2 抗干擾優化設計

煤礦電氣自動化控制系統需在惡劣的環境下運行，強烈的脈沖會干擾系統芯片的正常工作，所以必須采取有效的抗干擾設計：在系統外部罩上金屬工作柜，將外殼與地面連接，以屏蔽電子脈沖的影響;分布電容是造成電網高頻干擾的主要原因，所以在系統設計時應充分考慮電網高頻的特點，優化電路設計，安裝隔離變壓器，并將中性點經電容連接于地面，以達到屏蔽脈沖的效果，滿足煤礦企業生產運行的需求;結合電氣自動化控制系統優化布線方案，用雙絞線對信號傳輸線進行模擬，對電纜的電磁干擾進行屏蔽。盡量分開電動力線路與弱電信號線，使兩者保持一定距離;優化輸出電路設計，對電氣自動化控制系統的輸出電路進行調整，使其能夠吸收系統運行中產生的浪涌電流，避免涌浪電流對系統造成干擾;優化輸入電路設計，在保證電氣自動化控制系統正常運行的情況下，結合PLC供電電源的電壓取值范圍優化電氣自動化控制系統。一般情況下，煤礦企業的PLC供電電壓在85V-240V之間，其允許值變動幅度較大。通過調整電路設計，能夠在滿足PLC供電電壓要求的前提下消除系統干擾。

2 煤礦電氣自動化控制系統軟件的優化設計

對于煤礦電子自動化控制系統而言，硬件是主體，而軟件則是核心，是所有功能得以實現的關鍵之所在，因此必須對軟件設計進行優化，從而確保系統的功能和作用得以最大限度地發揮。在進行系統軟件優化設計時，可將程序的結構及過程重點。

2.1 程序結構優化設計方法

在對系統的軟件程序結構進行優化設計時，應當以煤礦企業的生產實際作為立足點，換言之，要保證軟件程序的結構符合企業生產需要，同時，還要確保程序能夠按照生產任務的變化進行調整和拓展。為使系統的軟件程序能夠及時進行更新，可以采取模塊化的結構，對系統軟件程序進行優化設計。模塊化是目前較為流行的一種軟件設計方法，它將軟件劃分為若干個模塊，不同的模塊負責不同的功能，鑒于此，運用模塊化設計時，可結合煤礦井下生產作業現場的實際情況，將與系統對應的控制目標細分為多個模塊，在所有子模塊全部完成之后，可利用模塊拼裝的方法，組成系統的軟件程序。在對自動化控制系統的軟件進行模塊化設計后，可使系統的調整變得敢更加方便和快捷，由此可以使系統與煤礦生產的契合度得到顯著提升。

2.2 程序過程優化

對系統軟件程序進行優化設計時，可將優化的重點放在I/O接口的分配上，因此，應當按照煤礦井下生產作業現場的實際運行情況，設計與系統對應的I/O信號，并保證信號能夠根據具體需要進行合理分配。通過這種方法對軟件程序進行優化設計之后，能夠使系統的維修工作效率獲得大幅度提升。不僅如此，在集中編號當中，還涵蓋了定時器與計數器，這使系統的軟件運行過程變得更加穩定。

2.3 軟件調試

當軟件優化設計完成后，可采用先分塊后組合、先單步后連續的方式對軟件進行調試，其中逐塊調節時，可以使用單步調節的方法，并對各個寄存器及存儲器的運行狀態進行觀察，以此來判斷其是否達到相關的使用要求，如果軟件程序并未達到要求，那么應當找出錯誤的原因，對程序進行更正;每完成1個模塊，便可與上個模塊組合到一起，在基礎上進行全面調節，看是否能夠達到預期中的設計要求。

3 結論

綜上所述，電氣自動化控制系統是煤礦較為重要的系統之一，在確保井下生產作業安全性方面具有不可替代的作用。系統的設計合理與否，直接關系其自身功能的發揮。為此，在對設計人員在對系統進行設計的過程中，應當從硬件和軟件兩個方面，對系統進行優化設計，以此來提升系統的整體性能。

參考文獻

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