露天礦電氣自動化控制系統(tǒng)優(yōu)化設計論述

劉秋義　+張寶玖

摘 要：本文就煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)的優(yōu)化設計進行了論述。

關鍵詞：露天煤礦；電氣自動化；控制系統(tǒng)；優(yōu)化設計

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.23.037

1 露天煤礦電氣自動控制系統(tǒng)硬件方面的優(yōu)化設計

1.1 優(yōu)化輸入電路

輸入電路的優(yōu)化需要考慮在正常狀態(tài)下的PLC供電源的電壓范圍，一般情況下，煤礦企業(yè)所采用的電壓范圍為：85.0V～240.0V，電源幅度為155.0V。但在運行和管理中，由于現(xiàn)場情況的復雜性，導致存在眾多因素的干擾。例如我國的供電系統(tǒng)在運行時，周圍的環(huán)境相對惡劣，常常受到外界因素的影響，從而時常出現(xiàn)電力中斷的現(xiàn)象。因此，在使用自動控制系統(tǒng)設備進行煤礦開采工作時，就需要采取緊急預案措施，例如：安裝電力凈化裝置（濾波器或隔離器等）。在設計的過程中，要時刻保持PLC輸入電源的直流電壓值穩(wěn)定在24.0V，負載要根據(jù)環(huán)境的變化而調整。合理配置電路，避免運行時出現(xiàn)短路或斷路。在操作之前還應該檢查PLC芯片，確保其沒有受到損壞。為了確保電路穩(wěn)定，電路需及時更換高質量的保險絲，避免跳閘，從而造成嚴重的事故。

1.2 優(yōu)化輸出電路

在煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)的輸出電路中，需要優(yōu)化輸出電路。優(yōu)化需要結合實際情況加以選擇，選擇的內容包括：相關設備的標志、指示、轉速等，從而保證設備的配置能夠滿足煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)的工作。在正常狀態(tài)下，若電氣自動化控制系統(tǒng)的輸出頻率低于正常頻率時，則可以通過繼電器繼續(xù)完成。這樣可以合理化的設計電路，而不破壞電路的抗干擾性能，且不會影響負載端的正常工作。若電路的負載端為感性負載時（如：電磁線圈），當出現(xiàn)斷電情況時，電路仍會通過一定的電流，當浪涌電流值較大時，就有可能燒毀芯片，甚至整個電路。為防止這一現(xiàn)象出現(xiàn)，可以在負載端設置二極管用以吸收浪涌電流，保護電路系統(tǒng)，而不至于被燒壞。另外，為了確保電路能夠穩(wěn)定運行，我們通常采用中間或固態(tài)繼電器，從而增強電路的靈活性。

1.3 抗干擾能力的優(yōu)化設計

在煤礦自動控制系統(tǒng)的設計中，抗干擾能力的設計是必不可少的一部分。當自動控制系統(tǒng)的大致結構完成后，緊接著就需要對其抗干擾能力進行設計。一般而言，煤礦企業(yè)中的電氣自動控制系統(tǒng)經常處在相對惡劣的環(huán)境中，從而其穩(wěn)定性較差，這就對我們的設計工作提出了更高的要求。通過分析我們發(fā)現(xiàn)在系統(tǒng)的長期運行中，往往因為磨損或是其他原因，導致電磁脈沖對系統(tǒng)芯片造成一定的破壞。因此，優(yōu)化芯片的設計是工作的重中之重。通過電磁分析，我們發(fā)現(xiàn)可以采取的具體措施有如下幾種：第一，采用1：1隔離變壓器，降低干擾頻率，這是由于電網中原副邊繞組之間的電容耦合所產生的各種干擾，另外，在實施的過程中需要將電容接地。第二，將電路裝置放入金屬外殼內，從而實現(xiàn)屏蔽電磁的作用。金屬有良好的屏蔽作用，且能有效地防止外界的干擾。第三，優(yōu)化系統(tǒng)周邊的布線設置，采用合理的手法改造線路，區(qū)分強電動力線路和弱電線路的走勢，并用雙絞線屏蔽模擬信號傳輸線的電纜。

2 露天煤礦電氣自動控制系統(tǒng)軟件方面的優(yōu)化設計

2.1 程序結構的優(yōu)化

煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)的主要結構形式為基本程序設計和模塊化設計兩種，但至于要采用哪種結構形式還要根據(jù)實際情況加以選擇。但是，為了方便日后軟件的修改和設計及進一步開發(fā)煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)，我們一般采用模塊化的結構設計形式。在模塊化的設計結構中，我們一般按照如下的方式進行操作：第一，勘察現(xiàn)場情況及企業(yè)生產要求，將煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)所控制的對象模塊化，每一模塊對應一個執(zhí)行任務。第二，通過對每一模塊進行程序的編寫和調試，完成每一模塊的任務。第三，當所有的子模塊都完成后，將其連接拼裝，形成一個完整的程序。這樣的工作流程便于查找錯誤，使得系統(tǒng)劃分整齊、調整便捷，從而與現(xiàn)場的生產過程有更高的契合度。

2.2 程序過程優(yōu)化設計

實現(xiàn)煤礦電氣自動控制系統(tǒng)的優(yōu)化設計的核心實質在于：確保優(yōu)化對I/O接口分配。在執(zhí)行的過程中，我們應該根據(jù)實際情況盡最大努力實現(xiàn)對整個煤礦電氣自動控制系統(tǒng)的I/O信號的編制，在這一基礎上，系統(tǒng)內部所對應的計數(shù)器和計時器等也需要進行集中的編制。當這一工作完成之后，對這些地址分配的情況需要加以詳細的記錄。另外，我們在設計的過程中需要注意對PLC的控制優(yōu)化設計，從而極大地提高煤礦電氣自動控制系統(tǒng)的工作效率。在這一過程中，我們還需要簡化PLC控制程序所控制的設計結構，盡量不要占用更多的內存空間，從而縮短掃描時間。另外，可以多次循環(huán)利用PLC芯片所對應的各類觸點。在程序設計中安裝控制按鈕，利用二分頻技術控制能源的使用，從而降低資源的消耗，并在一定程度上提高了自動控制系統(tǒng)的運行速度和運行效率。

3 煤礦電氣自動控制系統(tǒng)的設備的選擇優(yōu)化

目前市場上有很多自動控制系統(tǒng)的設備可供選擇，但是無論是哪一種都要找準其適合的工作環(huán)境，才能發(fā)揮出其應有的價值。煤礦電氣自動控制系統(tǒng)的設備品牌有：合力時、研祥、LG、GE、SIEMEN等。在選擇的方面本人總結如下。

3.1 明確煤礦電氣自動控制系統(tǒng)的工作模式

在選擇時，明確煤礦電氣自動控制系統(tǒng)的工作模式及規(guī)模大小是一個必須的過程。若我們根據(jù)企業(yè)生產要求和實際的工作環(huán)境，以西門子的PLC產品作為選擇，在不同的作業(yè)任務及工作狀態(tài)下，選擇的PLC型號也是有所差異的。SIEMEN S7-200等微型PLC產品適合瓦斯?jié)舛鹊臋z查，SIEMEN S7-300等中型的PLC產品適合測量礦井水位的變化，SIEMEN S7-400等大型的PLC產品則可以對礦井工人安全進行監(jiān)控。

3.2 確定I/O點的類型

由于施工的復雜性及實際要求有所差別，設備I/O點的數(shù)量和類型有很大的差別。因此，在這方面我們需要進行統(tǒng)計，并做好及時地記錄，并根據(jù)記錄的結果做出預算，從而避免過度的浪費。由于供電條件的不穩(wěn)定性，在選擇設備輸出點的動作頻率時需要對應選擇輸出端。

3.3 選擇合適的編程工具

煤礦電氣自動控制系統(tǒng)的編程工程分為手持編程器、圖形編程器及計算機編程系統(tǒng)。手持編譯器的造價較低，適合小規(guī)模的程序編譯，且工作效率較低。圖形編譯器主要采用梯形圖形編譯器，這一方法表達比較直觀，適合中型PLC編譯器。而計算機編譯器是一種造價最高，且工作效率也是最高的一種編譯器。因此，在實際工作中需要根據(jù)需求選擇適合自身發(fā)展的編譯工具。