煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)優(yōu)化研究
現(xiàn)代煤礦的生產(chǎn)技術(shù)在不斷地進步和發(fā)展,電氣自動化控制系統(tǒng)的引入,進一步提高了煤礦生產(chǎn)的效率和管理能力。 下面是小編搜集整理的相關(guān)內(nèi)容的論文，歡迎大家閱讀參考。
摘要：伴隨現(xiàn)代電氣自動化控制工藝的引入和使用，煤礦生產(chǎn)效率獲得顯著提升，但基于PLC系統(tǒng)的電氣自動化控制系統(tǒng)在使用中也存在諸多問題。以此為著手點，在分析電氣自動化系統(tǒng)構(gòu)建必要性的基礎(chǔ)上，從設(shè)備選型與架構(gòu)優(yōu)化兩方面對電氣自動化系統(tǒng)的優(yōu)化進行總結(jié)分析，希望能為其它礦井電氣自動化系統(tǒng)的優(yōu)化改造提供借鑒與參考。
關(guān)鍵詞：煤礦；電氣自動化；設(shè)備選型優(yōu)化；架構(gòu)優(yōu)化
引言
伴隨煤炭產(chǎn)業(yè)近年來的飛速發(fā)展，煤礦現(xiàn)代化程度不斷增加，而這一成果的達成則同大量自動化電氣控制系統(tǒng)的應(yīng)用密不可分，譬如井下瓦斯涌出量的監(jiān)測、井下通風(fēng)狀況測量、井下水泵的控制等。正是通過這些電氣自動化控制系統(tǒng)的應(yīng)用，井下工人工作環(huán)境得以改善的同時其工作強度也得以顯著降低。但隨著電氣自動化控制系統(tǒng)應(yīng)用的不斷增多，如何對其系統(tǒng)構(gòu)建開展有效的優(yōu)化，從而降低系統(tǒng)構(gòu)建成本，并提升系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，成為進一步推動煤礦企業(yè)良性發(fā)展的必要舉措。
1電氣自動化系統(tǒng)設(shè)備選型優(yōu)化
現(xiàn)階段，市場上各類用于電氣自動化控制的PLC（可編程邏輯控制器）系統(tǒng)種類繁多，不同種類與品牌其應(yīng)用性能上也存在一定的差別，因此在進行電氣自動化系統(tǒng)設(shè)備選型上應(yīng)對下述問題進行充分考慮。
1.1明確礦井電氣自動化系統(tǒng)規(guī)模
構(gòu)建礦井電氣自動化系統(tǒng)時必須立足礦井自身實際，明確自身系統(tǒng)規(guī)模后，再進行相應(yīng)的設(shè)備型號選擇。以常見的西門子PLC系統(tǒng)為例，當(dāng)僅僅對井下瓦斯涌出量進行監(jiān)測時，適宜選擇SIEMENS-S7-200等各類微型PLC控制系統(tǒng)；當(dāng)需要監(jiān)測礦井井下水文變化進而調(diào)控水泵房設(shè)備運行狀態(tài)時，由于涉及較為復(fù)雜的邏輯與閉環(huán)控制，適宜選擇SIEMENS-S7-300等中型規(guī)模PLC控制系統(tǒng)；當(dāng)電氣自動化系統(tǒng)用于對整個井下安全作業(yè)生產(chǎn)進行綜合監(jiān)控，并實時針對井下作業(yè)進行安全管理時，系統(tǒng)需要涉及通訊、智能監(jiān)控和監(jiān)測等多種功能，因此適宜選擇SIEMENS-S7-400等大型PLC控制系統(tǒng)[1]。
1.2明確I/O點類別
進行電氣自動化控制系統(tǒng)構(gòu)建時，應(yīng)依據(jù)系統(tǒng)實際使用需求和被控制對象通知難易程度，對I/O（輸入輸出端口）點的類別及數(shù)量進行選擇，并制作相應(yīng)的使用清單，同時根據(jù)系統(tǒng)控制量，提前預(yù)留一定的軟硬件余量，避免浪費的同時對設(shè)備后期擴容進行一定的預(yù)估。此外，還需依據(jù)井下生產(chǎn)作業(yè)實際用電情況，對各電氣設(shè)備輸出點頻率進行明確，進而對輸出端所采用的裝置類型進行確定。
1.3編程工具的適當(dāng)選取
就現(xiàn)階段電氣自動化控制系統(tǒng)應(yīng)用而言，其主要編程工具類型有手持編程器、圖形編程器與計算機軟件編程器等幾種類型。其中手持編程器僅能通過有限的預(yù)設(shè)語句表進行編程操作，不僅效率低下且適用范圍相對狹窄，只能滿足簡單操作的微型PLC編程需求；圖形編程器運用梯形圖進行編程操作，具備直觀簡潔的特點，能被運用于中型PLC編程；而采用計算機軟件編程則是最為高效、簡潔的方法，不過受限于計算機軟件開發(fā)難度大、成本高，同時難以進行現(xiàn)場實際調(diào)試，因此僅被應(yīng)用于礦井大型PLC控制程序構(gòu)建中。有鑒于此，在編程工具的選擇上，礦井必須結(jié)合自身實際，從經(jīng)濟優(yōu)化與使用優(yōu)化的雙重角度出發(fā)，選擇適宜的工具進行編程作業(yè)[2-3]。
2電氣自動化系統(tǒng)設(shè)備架構(gòu)優(yōu)化
2.1硬件優(yōu)化
硬件架構(gòu)作為礦井電氣自動化控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)核心之一，其結(jié)構(gòu)的良好與否同整個系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定有著密切關(guān)系。所以，應(yīng)對其進行優(yōu)化改造，具體從下述幾點著手：
a)輸入電路優(yōu)化。對于電氣自動化控制系統(tǒng)輸入電路的優(yōu)化改造，應(yīng)注意PLC供電電源多為80V~240V交流電，有著良好的寬幅適用性。不過考慮到井下作業(yè)環(huán)境的惡劣性及當(dāng)前國內(nèi)礦山供電環(huán)境的不穩(wěn)定性，為確保整個電路輸入系統(tǒng)具備良好的抗干擾性能，以維持整個電氣自動化系統(tǒng)運行的持久、穩(wěn)定，應(yīng)對輸入電路增設(shè)電源凈化裝置，譬如隔離變壓器與濾波器等。以1:1的'隔離變壓器為例，其能借助雙隔離技術(shù)，將變壓器初級和次級兩級屏蔽層由電氣中性點接地，從而實現(xiàn)對脈沖干擾的有效屏蔽；
b)輸出電路優(yōu)化。針對電氣自動化系統(tǒng)輸出電路的優(yōu)化，應(yīng)結(jié)合礦井實際，使用晶體管對各類標(biāo)示與調(diào)試設(shè)備進行輸出，以確保其有效適應(yīng)設(shè)備的高頻動作，并增加電路反應(yīng)效率。以井下水泵機房電氣自動化控制為例，當(dāng)PLC控制系統(tǒng)輸出頻率為6min1次時，可選用繼電裝置進行輸出，以確保電路結(jié)構(gòu)簡明的同時具備良好的抗干擾性能。不過，PLC系統(tǒng)在攜帶有感性負載進行輸出時，當(dāng)發(fā)生斷電時極易形成浪涌電流導(dǎo)致其芯片的損毀。對此，應(yīng)在其它電路并接續(xù)流二極管，以便能對浪涌電流進行吸收，避免其對芯片造成損害[4]；
c)抗干擾優(yōu)化。實現(xiàn)井下電氣自動化控制系統(tǒng)對外界干擾的有效抵抗也應(yīng)是其日常管理的要點之一。由于井下作業(yè)環(huán)境相對惡劣，電氣自動化系統(tǒng)抗干擾性的提升也勢在必行。通常采取下述幾種方式：
(a)借助隔離變壓裝置抵抗干擾，鑒于電網(wǎng)中的干擾多源于繞組將電容耦合導(dǎo)致，適宜選用1:1的的變壓裝置，并使中性點通過電容進行接地；
(b)布設(shè)金屬外殼實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的電磁屏蔽，同時金屬外殼還可充當(dāng)接地端，有效實現(xiàn)對靜電、電磁脈沖和空間輻射等外界干擾對系統(tǒng)運行的負面影響；
(c)優(yōu)化布線，借由將強弱電力線路的分隔布設(shè)，并采用雙絞線屏蔽電纜充當(dāng)信號傳輸線，從而起到有效的抗干擾功效。
2.2軟件優(yōu)化
軟件作為電氣自動化運行控制的核心所在，其優(yōu)化程度對于整個系統(tǒng)優(yōu)化后工作效率的提升有著直接性影響。通常來說，軟件的優(yōu)化改良應(yīng)同硬件設(shè)施的優(yōu)化同步開展，其具體內(nèi)容可分為以下幾點：a)軟件結(jié)構(gòu)優(yōu)化。對于軟件設(shè)計而言，其分為模塊設(shè)計與基本程序設(shè)計兩大類。對于井下生產(chǎn)作業(yè)而言，電氣自動化系統(tǒng)運行時必須實時根據(jù)礦井生產(chǎn)狀況進行調(diào)控，所以適宜選用模塊化設(shè)計，從而為后續(xù)功能拓展提供便利。首先，將整個電氣自動化控制系統(tǒng)控制對象劃分為多個子任務(wù)模塊，隨后對不同模塊進行單獨編寫與調(diào)試，最后再將單獨的各模塊整合成為完整的一個程序。通過這種設(shè)計方式，整個礦井的自動化電氣控制系統(tǒng)便能依據(jù)井下生產(chǎn)實際情況進行實時的快速調(diào)節(jié)，確保整個系統(tǒng)始終運行的高效、高質(zhì)[5-6]；b)程序設(shè)計過程優(yōu)化。對于程序的優(yōu)化而言，其核心要點便是實現(xiàn)I/O節(jié)點的最優(yōu)化分配，依據(jù)井下生產(chǎn)狀況對I/O節(jié)點井下按需分配的同時，對各個I/O節(jié)點的控制盡可能實現(xiàn)集中調(diào)控，以便于后期維護作業(yè)的開展。與此同時，還應(yīng)對系統(tǒng)中各定時與計數(shù)裝置進行統(tǒng)一編號，從而更好地推動系統(tǒng)運行效率及可靠性的提升。此外，為進一步增加系統(tǒng)運行速度，在控制系統(tǒng)的邏輯設(shè)計上應(yīng)秉承簡潔明了的基本原則，方便指令編寫輸入的同時盡可能降低所占內(nèi)存。而對于PLC芯片中的各類觸點，則可通過合理設(shè)計進行多次的重復(fù)使用，而無需借助復(fù)雜指令降低觸點使用頻率。譬如，井下瓦斯監(jiān)測裝置的開啟/關(guān)閉通過一個按鈕來實現(xiàn)控制，就能通過二分頻以達成。通過這種方法，整個電氣自動化控制系統(tǒng)中I/O節(jié)點使用量可明顯降低，實現(xiàn)資源節(jié)約與系統(tǒng)運行效率提升的雙贏。
3結(jié)語
伴隨現(xiàn)代科技的突飛猛進，電子技術(shù)日益在煤礦生產(chǎn)中獲得廣泛應(yīng)用，并對礦井生產(chǎn)效率的提升起到良好推動。不過，鑒于礦井電氣自動化控制系統(tǒng)實現(xiàn)方式的多種多樣，其不僅適用環(huán)境存在極大差異，同時運行效率與運行成本也各不相同。所以，煤礦在進行自身電氣自動化控制系統(tǒng)的構(gòu)建時必須立足自身實際，積極創(chuàng)新系統(tǒng)設(shè)計方法，優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)備選型與整體架構(gòu)，從而在降低運行成本的同時實現(xiàn)控制系統(tǒng)運行效率的提升，進而為礦井的長久可持續(xù)發(fā)展及現(xiàn)代化建設(shè)提供助推力。
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