煤矿电气自动化控制系统的优化设计分析郑小鸥

煤矿电气自动化控制系统的优化设计分析郑小鸥

郑小鸥

郑小鸥

扎赉诺尔煤业有限责任公司生产技术部内蒙古满洲里市021410

摘要：伴随矿井回采规模的持续扩大，实现对煤矿回采作业质量与效率的提升逐渐成为推动矿井生产持续发展的关键要点。而电气自动化控制技术作为一种行之有效的集成化控制手段，将其应用在矿井生产中不仅能大幅简化矿井回采作业流程，同时还能实现对井下设备操控的集中计算机控制，使矿井作业的效率与精准度显著提高，进而提升矿井回采作业的安全性，为矿井的长久可持续发展提供坚实保障。

关键词：煤矿电气自动化；系统设计；措施

1电气自动化控制技术在煤矿生产中的实际意义

1.1电气自动化控制技术的内涵

电气自动化控制技术主要应用于工业设备和机械控制中，按照电气自动化的控制原理，通过利用相关仪器仪表设备，对工业设备和机械进行自动化管理和控制。电气自动化控制技术能够对设备进行检测、控制，这一技术的应用能够有效提高企业的工业生产效率和生产安全性，还能有效降低生产设备的功耗。

1.2电气自动化控制技术在煤矿生产中的作用

第一，提高煤矿生产人员的工作效率。在煤矿生产中应用电气自动化控制技术，有利于减少人工控制造成的时间延误，降低人为失误的概率，提高生产安全性，而保证机械设备的高效运行，有效提升煤矿生产效率。第二，煤矿生产过程中产能的提高。通过使用电气自动化控制系统，能够有效地提升煤矿开采产量。以往传统的采煤方式以人工开采为主，产能较低，使用新型电气自动化采煤设备能够有效提高煤矿的开采产量和质量，从而促进我国煤矿行业的发展。第三，煤矿生产过程中安全性的提高。电气自动化控制技术主要采用程序化的管理办法，能够有效减少因人工操作失误造成的安全事故；电气自动化控制技术应用在井下部分危险区域的生产中，通过自动化代替人工操作，减少了人员伤亡事故，从而提高了煤矿生产的安全性。

2煤矿电气自动化系统的硬件优化设计

2.1电路优化设计

2.1.1输入电路的优化设计方法

煤矿供电系统受复杂生产环境的影响在运行中存在着不稳定性，为了保证电气自动化控制系统安全运行，应在输入电路部分安装电源净化元件，避免因电气自动化控制系统出现故障而影响煤矿生产运行的稳定性。在输入电路设计中，可将电气自动化系统的输入电源控制在24V，对电路载荷进行适当调节，保护系统的稳定运行，避免短路问题发生。由于PLC芯片在电路短路的情况下易受到损坏，导致系统运行故障，所以需优化设计输入电路，消除短路的影响。

2.1.2输出电路的优化设计方法

电气自动化控制系统的输出电路优化要以满足煤矿生产运行为前提进行优化，保证各类型设备装置能够适应系统的高频性动作，如指示设备、调速设备等，使设备的响应速度不受影响，符合生产运行对各类设备的功能要求。如，在水泵机房的电气自动化控制系统设计中，系统输出频率为每分钟6次，可利用继电器对输出电路进行优化设计，以达到提高输出电路抗干扰性能、简化电路构成的良好设计效果。但与此同时必须注意的是，如果电气自动化控制系统输出感性负载，一旦系统面临断电情况，就会使系统产生浪涌电流，对系统芯片造成损坏，严重时会直接损毁芯片，造成系统运行故障。所以，在优化设计电气自动化控制系统的输出电路时，要有效控制浪涌的产生，保护芯片安全完整。为满足这一要求，可在电气自动化控制系统的输出电路盘上连接二极管，让二极管吸收系统产生的涌浪电流，避免涌浪电流冲击芯片。如果系统输出频率在每分钟7-10次之间，也可利用继电器优化输出电路设计，最好选择固态继电器以保证输出电路运行的稳性，增强水泵房开合动作控制的灵活性。

2.2抗干扰优化设计

煤矿电气自动化控制系统需在恶劣的环境下运行，强烈的脉冲会干扰系统芯片的正常工作，所以必须采取有效的抗干扰设计：在系统外部罩上金属工作柜，将外壳与地面连接，以屏蔽电子脉冲的影响；分布电容是造成电网高频干扰的主要原因，所以在系统设计时应充分考虑电网高频的特点，优化电路设计，安装隔离变压器，并将中性点经电容连接于地面，以达到屏蔽脉冲的效果，满足煤矿企业生产运行的需求；结合电气自动化控制系统优化布线方案，用双绞线对信号传输线进行模拟，对电缆的电磁干扰进行屏蔽。尽量分开电动力线路与弱电信号线，使两者保持一定距离；优化输出电路设计，对电气自动化控制系统的输出电路进行调整，使其能够吸收系统运行中产生的浪涌电流，避免涌浪电流对系统造成干扰；优化输入电路设计，在保证电气自动化控制系统正常运行的情况下，结合PLC供电电源的电压取值范围优化电气自动化控制系统。一般情况下，煤矿企业的PLC供电电压在85V-240V之间，其允许值变动幅度较大。通过调整电路设计，能够在满足PLC供电电压要求的前提下消除系统干扰。

3电气自动化控制系统改造分析

3.1优化设备系统

为确保电气自动化控制效率的最优化，在选择PLC设备前，应先对整个系统的功能、状态等开展整体评估。若电气自动化系统仅需对井下瓦斯浓度变化进行监测，则使用微型设备便能满足使用需求。若在监控瓦斯浓度之外还需对井下水泵工作状态进行监测，便需要选择更加大型的PLC设备。而且为了能不断满足矿井现代化建设的需求，未来PLC装置的发展需要定位在实现对矿井的全方位监控上，以便于对井下设备工作状态进行实时掌控，从而实现对设备运行数据调控的最优化。此外，在编程程序的选择上也有一定要求，现阶段常用的编程程序主要包括三类，即手控编程程序、PLC编程程序和计算机编程程序。其中手控编程程序作业效率较低、编程质量不高，仅仅能在数据较少的情况下使用，矿井生产中的应用相对较少；PLC编程程序仅适用于大型矿井，因此在实际使用中多同计算机编程相互配合使用，不过其应用成本相对较高。因此实际使用中应结合生产实际进行相应的选择使用。

3.2优化软件系统

系统软件的优化对于提升矿井作业效率也有着显著效果。为达成该目标，首先应对系统内部软件进行优化，使其组合配装转化为直观图表，这也是PLC系统有效运用的关键所在。此外，针对系统的优化还要充分考虑系统自身规模，确保优化完成后系统可以贴合井下采矿实际，从而提升作业质量与效率。

3.3优化硬件系统

电气自动化系统中的硬件主要包括输入设备与输出设备。其中输入设备进行优化时应对PLC设备的供电电压进行综合考虑，通常来说其电压需要控制在80V～240V之间，不过鉴于回采过程中环境条件相对复杂且有众多外界干扰因素，所以在布设电源时需对其采取一定的净化措施，从而确保电源有效隔离外部影响因素，实现长期的稳定运行。针对电路开展优化设计时，常用的设备主要包括变压装置和滤波装置，通过两种装置的联合运用，能实现对电压的有效调控。针对输出装置的优化侧重于指示标志和调试设备的选择。建议使用的输出方式为晶体管输出，这种方式可在实现电流频率优化的同时提升系统反应灵敏度。同时使用继电保护的手段提升输出电路简化程度。

结束语：利用电气自动化技术，能够对煤矿生产环境进行改善，使煤矿经营效率得到进一步的提高，并且使生产过程中的安全性及稳定性得到有效保障。

参考文献：

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