煤矿电气自动化控制系统优化研究
作者:佚名; 更新时间:2017-09-30

  摘要:伴随现代电气自动化控制工艺的引入和使用,煤矿生产效率获得显著提升,但基于PLC系统的电气自动化控制系统在使用中也存在诸多问题。以此为着手点,在分析电气自动化系统构建必要性的基础上,从设备选型与架构优化两方面对电气自动化系统的优化进行总结分析,希望能为其它矿井电气自动化系统的优化改造提供借鉴与参考。

  关键词:煤矿;电气自动化;设备选型优化;架构优化

  引言

  伴随煤炭产业近年来的飞速发展,煤矿现代化程度不断增加,而这一成果的达成则同大量自动化电气控制系统的应用密不可分,譬如井下瓦斯涌出量的监测、井下通风状况测量、井下水泵的控制等。正是通过这些电气自动化控制系统的应用,井下工人工作环境得以改善的同时其工作强度也得以显著降低。但随着电气自动化控制系统应用的不断增多,如何对其系统构建开展有效的优化,从而降低系统构建成本,并提升系统运行的稳定性,成为进一步推动煤矿企业良性发展的必要举措。

  1电气自动化系统设备选型优化

  现阶段,市场上各类用于电气自动化控制的PLC(可编程逻辑控制器)系统种类繁多,不同种类与品牌其应用性能上也存在一定的差别,因此在进行电气自动化系统设备选型上应对下述问题进行充分考虑。

  1.1明确矿井电气自动化系统规模

  构建矿井电气自动化系统时必须立足矿井自身实际,明确自身系统规模后,再进行相应的设备型号选择。以常见的西门子PLC系统为例,当仅仅对井下瓦斯涌出量进行监测时,适宜选择SIEMENS-S7-200等各类微型PLC控制系统;当需要监测矿井井下水文变化进而调控水泵房设备运行状态时,由于涉及较为复杂的逻辑与闭环控制,适宜选择SIEMENS-S7-300等中型规模PLC控制系统;当电气自动化系统用于对整个井下安全作业生产进行综合监控,并实时针对井下作业进行安全管理时,系统需要涉及通讯、智能监控和监测等多种功能,因此适宜选择SIEMENS-S7-400等大型PLC控制系统[1]。

  1.2明确I/O点类别

  进行电气自动化控制系统构建时,应依据系统实际使用需求和被控制对象通知难易程度,对I/O(输入输出端口)点的类别及数量进行选择,并制作相应的使用清单,同时根据系统控制量,提前预留一定的软硬件余量,避免浪费的同时对设备后期扩容进行一定的预估。此外,还需依据井下生产作业实际用电情况,对各电气设备输出点频率进行明确,进而对输出端所采用的装置类型进行确定。

  1.3编程工具的适当选取

  就现阶段电气自动化控制系统应用而言,其主要编程工具类型有手持编程器、图形编程器与计算机软件编程器等几种类型。其中手持编程器仅能通过有限的预设语句表进行编程操作,不仅效率低下且适用范围相对狭窄,只能满足简单操作的微型PLC编程需求;图形编程器运用梯形图进行编程操作,具备直观简洁的特点,能被运用于中型PLC编程;而采用计算机软件编程则是最为高效、简洁的方法,不过受限于计算机软件开发难度大、成本高,同时难以进行现场实际调试,因此仅被应用于矿井大型PLC控制程序构建中。有鉴于此,在编程工具的选择上,矿井必须结合自身实际,从经济优化与使用优化的双重角度出发,选择适宜的工具进行编程作业[2-3]。

  2电气自动化系统设备架构优化

  2.1硬件优化

  硬件架构作为矿井电气自动化控制系统的基础核心之一,其结构的良好与否同整个系统的安全、稳定有着密切关系。所以,应对其进行优化改造,具体从下述几点着手:

  a)输入电路优化。对于电气自动化控制系统输入电路的优化改造,应注意PLC供电电源多为80V~240V交流电,有着良好的宽幅适用性。不过考虑到井下作业环境的恶劣性及当前国内矿山供电环境的不稳定性,为确保整个电路输入系统具备良好的抗干扰性能,以维持整个电气自动化系统运行的持久、稳定,应对输入电路增设电源净化装置,譬如隔离变压器与滤波器等。以1:1的隔离变压器为例,其能借助双隔离技术,将变压器初级和次级两级屏蔽层由电气中性点接地,从而实现对脉冲干扰的有效屏蔽;

  b)输出电路优化。针对电气自动化系统输出电路的优化,应结合矿井实际,使用晶体管对各类标示与调试设备进行输出,以确保其有效适应设备的高频动作,并增加电路反应效率。以井下水泵机房电气自动化控制为例,当PLC控制系统输出频率为6min1次时,可选用继电装置进行输出,以确保电路结构简明的同时具备良好的抗干扰性能。不过,PLC系统在携带有感性负载进行输出时,当发生断电时极易形成浪涌电流导致其芯片的损毁。对此,应在其它电路并接续流二极管,以便能对浪涌电流进行吸收,避免其对芯片造成损害[4];

  c)抗干扰优化。实现井下电气自动化控制系统对外界干扰的有效抵抗也应是其日常管理的要点之一。由于井下作业环境相对恶劣,电气自动化系统抗干扰性的提升也势在必行。通常采取下述几种方式:

  (a)借助隔离变压装置抵抗干扰,鉴于电网中的干扰多源于绕组将电容耦合导致,适宜选用1:1的的变压装置,并使中性点通过电容进行接地;

  (b)布设金属外壳实现对整个系统的电磁屏蔽,同时金属外壳还可充当接地端,有效实现对静电、电磁脉冲和空间辐射等外界干扰对系统运行的负面影响;

  (c)优化布线,借由将强弱电力线路的分隔布设,并采用双绞线屏蔽电缆充当信号传输线,从而起到有效的抗干扰功效。

  2.2软件优化

  软件作为电气自动化运行控制的核心所在,其优化程度对于整个系统优化后工作效率的提升有着直接性影响。通常来说,软件的优化改良应同硬件设施的优化同步开展,其具体内容可分为以下几点:a)软件结构优化。对于软件设计而言,其分为模块设计与基本程序设计两大类。对于井下生产作业而言,电气自动化系统运行时必须实时根据矿井生产状况进行调控,所以适宜选用模块化设计,从而为后续功能拓展提供便利。首先,将整个电气自动化控制系统控制对象划分为多个子任务模块,随后对不同模块进行单独编写与调试,最后再将单独的各模块整合成为完整的一个程序。通过这种设计方式,整个矿井的自动化电气控制系统便能依据井下生产实际情况进行实时的快速调节,确保整个系统始终运行的高效、高质[5-6];b)程序设计过程优化。对于程序的优化而言,其核心要点便是实现I/O节点的最优化分配,依据井下生产状况对I/O节点井下按需分配的同时,对各个I/O节点的控制尽可能实现集中调控,以便于后期维护作业的开展。与此同时,还应对系统中各定时与计数装置进行统一编号,从而更好地推动系统运行效率及可靠性的提升。此外,为进一步增加系统运行速度,在控制系统的逻辑设计上应秉承简洁明了的基本原则,方便指令编写输入的同时尽可能降低所占内存。而对于PLC芯片中的各类触点,则可通过合理设计进行多次的重复使用,而无需借助复杂指令降低触点使用频率。譬如,井下瓦斯监测装置的开启/关闭通过一个按钮来实现控制,就能通过二分频以达成。通过这种方法,整个电气自动化控制系统中I/O节点使用量可明显降低,实现资源节约与系统运行效率提升的双赢。

  3结语

  伴随现代科技的突飞猛进,电子技术日益在煤矿生产中获得广泛应用,并对矿井生产效率的提升起到良好推动。不过,鉴于矿井电气自动化控制系统实现方式的多种多样,其不仅适用环境存在极大差异,同时运行效率与运行成本也各不相同。所以,煤矿在进行自身电气自动化控制系统的构建时必须立足自身实际,积极创新系统设计方法,优化系统设备选型与整体架构,从而在降低运行成本的同时实现控制系统运行效率的提升,进而为矿井的长久可持续发展及现代化建设提供助推力。

  参考文献:

  [1]张红梅.电气自动化的改进方法实施策略研究[J].煤,2015(1):69-70.

  [2]李养明.煤矿电气自动化控制系统应用优化分析[J].山东煤炭科技,2015(7):105-106.

  [3]张悦,王玲.煤矿提升机电气控制系统优化设计[J].煤矿机械,2013(11):246-248.

  [4]刘学成.金桥煤矿井下排水系统优化[J].煤矿安全,2016(2):127-129.

  [5]殷佳琳,李智勇.电气自动化控制设备的可靠性测试[J].煤炭技术,2012(4):60-62.

  [6]王淼.煤矿机械电气设备自动化调试技术的应用[J].煤矿机械,2013(7):242-244.

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