露天煤矿电气自动控制系统的优化设计与应用

露天煤矿电气自动控制系统的优化设计与应用

袁杰

核工业井巷建设集团公司

摘要：随着经济的不断进步，露天煤矿项目的升级和优化势在必行，相关管理人员要针对自动化控制系统进行集中的项目升级，利用相应的优化策略保证整体结构进一步适应时代的发展需求。本文笔者就煤矿电气自动化控制系统的优化设计与应用进行了论述。

关键词：露天煤矿；电气自动化；控制系统；优化设计

一、露天煤矿电气自动控制系统的应用结构概述

露天煤矿工程在实际运行中，需要有针对性地控制相应的结构，才能建立完整的整体结构。整体自动化控制结构就是先集中操作和监控采煤系统中的相应项目，然后进行信息和数据收集汇总。此过程主要利用电气系统自身的特征，在实际项目中，实时操控整体采煤作业，为保证采煤流程整体的准确性和可靠性，需要采取一定的手段使采煤操作整个过程规范化发展。此外，对于基础煤矿的通风与排水系统，要求相关人员集中管控，并利用技术手段达成相应的安全指标。在电气自动化控制系统中，要保证煤矿供电结构的完整性，避免对应的供电风险，就必须严格集中监测控制供电系统，最终实现项目的供电系统最优化。相关管理人员要在经济运行的基础上，实现整体结构的优化配置，利用相应的分配机制，进行资源的科学化分割，从实际落实节约用电的煤矿工程运行理念。除此之外，相关管理人员也要针对相应的工程机械进行集中的项目管理，保证基础机械在安全使用范围内，有效的规避由于器械造成的工程事故，要根据实际的项目运行情况，选择适宜的煤矿工作器械，以实现整体煤矿作业的安全运行。

二、露天煤矿电气自动控制系统硬件方面的优化设计

1输入电路的优化

优化输入电路就是要综合考虑PLC供电源正常状态下的电压范围，煤矿企业的一般正常电压为：85.0V～240.0V，电源幅度是155.0V。在管理和运行中，可能会因为复杂的现场环境而出现诸多干扰因素。如，我国的供电系统经常在运行的时候，由于在恶劣环境中产生了许多干扰的因素，受影响出现电力中断。所以，在自动控制系统设备下进行采矿需要备有紧急预案措施。比如，避免电路出现断路或短路需合理配置。安装电力净化装置（滤波器或隔离器等）。保证PLC在设计过程中的直流电压保持稳定在24.0V，根据环境调整负载。及时更换高质量的保险丝，确保电路稳定，避免出现跳闸而造成严重后果。操作之前要确保PLC芯片没受损害而提前做检查。

2输出电路的优化

煤矿电气自动化控制系统在使用中需对输出电路进行优化。电路优化就是根据实际情况进行选择，如为保证设备的配置满足电气自动化系统的运行，就要选择好相关设备的转速、指示和标志等。如果自动化系统的输出频率在正常状态下能低于正常频率，就可以由继电器继续完成工作。在不破坏电路的抗干扰性能和不影响负载端正常工作的前提下对电路进行合理优化。当电路负载端为电磁线圈这类的感性负载时，若断开电源，仍有一定电流通过，但可能会因为过大的浪涌电流值烧毁芯片。对于这一现象，可以在负载端设置二极管用来吸收浪涌电流加以避免烧坏电路系统。此外，还可以利用中间或固态继电器，增强电路活性，确保电路稳定运行。

3抗干扰能力的优化设计

在煤矿自动控制系统的设计中，抗干扰能力的设计是必不可少的一部分。当自动控制系统的大致结构完成后，紧接着就需要对其抗干扰能力进行设计。一般而言，煤矿企业中的电气自动控制系统经常处在相对恶劣的环境中，从而其稳定性较差，这就对我们的设计工作提出了更高的要求。通过分析我们发现在系统的长期运行中，往往因为磨损或是其他原因，导致电磁脉冲对系统芯片造成一定的破坏。因此，优化芯片的设计是工作的重中之重。通过电磁分析，我们发现可以采取的具体措施有如下几种：第一，采用1：1隔离变压器，降低干扰频率，这是由于电网中原副边绕组之间的电容耦合所产生的各种干扰，另外，在实施的过程中需要将电容接地。第二，将电路装置放入金属外壳内，从而实现屏蔽电磁的作用。金属有良好的屏蔽作用，且能有效地防止外界的干扰。第三，优化系统周边的布线设置，采用合理的手法改造线路，区分强电动力线路和弱电线路的走势，并用双绞线屏蔽模拟信号传输线的电缆。

三、露天煤矿电气自动控制系统软件方面的优化设计

1优化程序结构

煤矿电气自动化系统有两种主要的结构形式：模块化设计和基本程序设计，并根据实际的情况对这两种结构形式进行选择。但一般采用的是模块化的结构形式，这样更有利于以后软件设计和修改及系统的进一步的开发。对于模块化结构形式，有一下几个操作步骤：首先，对现场情况勘察，并根据生产要求把电气自动化控制系统中的对象进行模块化，一个模块对应一个执行任务；其次，给每一个模块编写对应的程序并调试，完成模块任务；最后，将所有已完成的子模块进行拼接，形成最终的完成程序。这样的流程把系统合理划分，便于调整，更有利于查找错误，并且与实际的生产流程完美契合。

2优化设计程序

煤矿电气自动控制系统的程序要达到最优效果需要进行以下几个方面的优化：在设计过程中要注意对PLC控制的优化，最大程度的提高电气自动控制系统的工作效率；并且还要尽量缩短扫描时间而简化PLC控制程序所控制的设计结构，使其不占太多的内存空间。对PLC芯片所对应的各类触点进行对此循环利用，也可以在程序设计中安装控制按钮，采用二分频技术对能源的使用进行控制，进一步降低耗资量，并提高自动控制系统一定量的运行效率和运行速度。此外，要确保优化I/O接口分配，在执行时需要依据实际的情况对整个煤矿电气自动控制系统的I/O信号实现最大努力的系统编制，同时，还要对系统中的计时器和计数器等内部系统进行编制，完成这项编制工作后，还要详细的记录这些地址的分配情况。

3煤矿电气自动控制系统的设备的选择优化

目前市场上有很多自动控制系统的设备可供选择，但是无论是哪一种都要找准其适合的工作环境，才能发挥出其应有的价值。煤矿电气自动控制系统的设备品牌有：合力时、研祥、LG、GE、SIEMEN等。在选择的方面本人总结如下。

3.1煤矿电气自动控制系统中的工作模式

在煤矿电气自动控制系统中，需要明确地选择系统中的规模大小和相关的工作模式。如果依据企业在生产中的实际工作环境和生产要求来选择，西门子的PLC产品为首选，然而对于不同的工作状态和工作任务，所选择的PLC的型号就会有所不同的。如果要对矿井工人进行安全监控，可以选择SIEMENS7-400等大型的PLC产品；如果要对瓦斯浓度进行检查，则可以选择SIEMENS7-200等微型PLC产品；若是要测量矿井水位的变化情况，选择SIEMENS7-300等中型的PLC产品比较适合。

3.2明确I/O点的类型

在实际施工过程中，由于实际施工要求的不同和受施工复杂性的影响，对I/O设备的使用类型和使用数量就会有所不同。所以，为避免出现过度的浪费，需要统计好I/O的数量和类型，及时并详细地做好记录，根据相关的记录做出更合理的预算方案。因为不稳定的供电条件，所以选择设备输出点的动作频率时就要选择与它相对应的输出端。

3.3选择合适的编程工具

煤矿电气自动控制系统的编程工程分为手持编程器、图形编程器及计算机编程系统。手持编译器的造价较低，适合小规模的程序编译，且工作效率较低。图形编译器主要采用梯形图形编译器，这一方法表达比较直观，适合中型PLC编译器。而计算机编译器是一种造价最高，且工作效率也是最高的一种编译器。因此，在实际工作中需要根据需求选择适合自身发展的编译工具。