劉秋義　+張寶玖

摘 要：本文就煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了論述。

關(guān)鍵詞：露天煤礦；電氣自動(dòng)化；控制系統(tǒng)；優(yōu)化設(shè)計(jì)

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

1 露天煤礦電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)硬件方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)

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(yùn)行和管理中，由于現(xiàn)場(chǎng)情況的復(fù)雜性，導(dǎo)致存在眾多因素的干擾。例如我國的供電系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，周圍的環(huán)境相對(duì)惡劣，常常受到外界因素的影響，從而時(shí)常出現(xiàn)電力中斷的現(xiàn)象。因此，在使用自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行煤礦開采工作時(shí)，就需要采取緊急預(yù)案措施，例如：安裝電力凈化裝置（濾波器或隔離器等）。在設(shè)計(jì)的過程中，要時(shí)刻保持PLC輸入電源的直流電壓值穩(wěn)定在24.0V，負(fù)載要根據(jù)環(huán)境的變化而調(diào)整。合理配置電路，避免運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)短路或斷路。在操作之前還應(yīng)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(shí)更換高質(zhì)量的保險(xiǎn)絲，避免跳閘，從而造成嚴(yán)重的事故。

1.2 優(yōu)化輸出電路

在煤礦電氣自動(dòng)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(jié)合實(shí)際情況加以選擇，選擇的內(nèi)容包括：相關(guān)設(shè)備的標(biāo)志、指示、轉(zhuǎn)速等，從而保證設(shè)備的配置能夠滿足煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的工作。在正常狀態(tài)下，若電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的輸出頻率低于正常頻率時(shí)，則可以通過繼電器繼續(xù)完成。這樣可以合理化的設(shè)計(jì)電路，而不破壞電路的抗干擾性能，且不會(huì)影響負(fù)載端的正常工作。若電路的負(fù)載端為感性負(fù)載時(shí)（如：電磁線圈），當(dāng)出現(xiàn)斷電情況時(shí)，電路仍會(huì)通過一定的電流，當(dāng)浪涌電流值較大時(shí)，就有可能燒毀芯片，甚至整個(gè)電路。為防止這一現(xiàn)象出現(xiàn)，可以在負(fù)載端設(shè)置二極管用以吸收浪涌電流，保護(hù)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(yùn)行，我們通常采用中間或固態(tài)繼電器，從而增強(qiáng)電路的靈活性。

1.3 抗干擾能力的優(yōu)化設(shè)計(jì)

在煤礦自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，抗干擾能力的設(shè)計(jì)是必不可少的一部分。當(dāng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的大致結(jié)構(gòu)完成后，緊接著就需要對(duì)其抗干擾能力進(jìn)行設(shè)計(jì)。一般而言，煤礦企業(yè)中的電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)經(jīng)常處在相對(duì)惡劣的環(huán)境中，從而其穩(wěn)定性較差，這就對(duì)我們的設(shè)計(jì)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(zhǎng)期運(yùn)行中，往往因?yàn)槟p或是其他原因，導(dǎo)致電磁脈沖對(duì)系統(tǒng)芯片造成一定的破壞。因此，優(yōu)化芯片的設(shè)計(jì)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(wǎng)中原副邊繞組之間的電容耦合所產(chǎn)生的各種干擾，另外，在實(shí)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(nèi)，從而實(shí)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(shè)置，采用合理的手法改造線路，區(qū)分強(qiáng)電動(dòng)力線路和弱電線路的走勢(shì)，并用雙絞線屏蔽模擬信號(hào)傳輸線的電纜。

2 露天煤礦電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)軟件方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 程序結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)形式為基本程序設(shè)計(jì)和模塊化設(shè)計(jì)兩種，但至于要采用哪種結(jié)構(gòu)形式還要根據(jù)實(shí)際情況加以選擇。但是，為了方便日后軟件的修改和設(shè)計(jì)及進(jìn)一步開發(fā)煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)，我們一般采用模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式。在模塊化的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中，我們一般按照如下的方式進(jìn)行操作：第一，勘察現(xiàn)場(chǎng)情況及企業(yè)生產(chǎn)要求，將煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)所控制的對(duì)象模塊化，每一模塊對(duì)應(yīng)一個(gè)執(zhí)行任務(wù)。第二，通過對(duì)每一模塊進(jìn)行程序的編寫和調(diào)試，完成每一模塊的任務(wù)。第三，當(dāng)所有的子模塊都完成后，將其連接拼裝，形成一個(gè)完整的程序。這樣的工作流程便于查找錯(cuò)誤，使得系統(tǒng)劃分整齊、調(diào)整便捷，從而與現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)過程有更高的契合度。

2.2 程序過程優(yōu)化設(shè)計(jì)

實(shí)現(xiàn)煤礦電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)的核心實(shí)質(zhì)在于：確保優(yōu)化對(duì)I/O接口分配。在執(zhí)行的過程中，我們應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況盡最大努力實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)煤礦電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)的I/O信號(hào)的編制，在這一基礎(chǔ)上，系統(tǒng)內(nèi)部所對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)器和計(jì)時(shí)器等也需要進(jìn)行集中的編制。當(dāng)這一工作完成之后，對(duì)這些地址分配的情況需要加以詳細(xì)的記錄。另外，我們?cè)谠O(shè)計(jì)的過程中需要注意對(duì)PLC的控制優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而極大地提高煤礦電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作效率。在這一過程中，我們還需要簡(jiǎn)化PLC控制程序所控制的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，盡量不要占用更多的內(nèi)存空間，從而縮短掃描時(shí)間。另外，可以多次循環(huán)利用PLC芯片所對(duì)應(yīng)的各類觸點(diǎn)。在程序設(shè)計(jì)中安裝控制按鈕，利用二分頻技術(shù)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(dòng)控制系統(tǒng)的運(yùn)行速度和運(yùn)行效率。

3 煤礦電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)備的選擇優(yōu)化

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

3.1 明確煤礦電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作模式

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

3.2 確定I/O點(diǎn)的類型

由于施工的復(fù)雜性及實(shí)際要求有所差別，設(shè)備I/O點(diǎn)的數(shù)量和類型有很大的差別。因此，在這方面我們需要進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并做好及時(shí)地記錄，并根據(jù)記錄的結(jié)果做出預(yù)算，從而避免過度的浪費(fèi)。由于供電條件的不穩(wěn)定性，在選擇設(shè)備輸出點(diǎn)的動(dòng)作頻率時(shí)需要對(duì)應(yīng)選擇輸出端。

3.3 選擇合適的編程工具

煤礦電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)的編程工程分為手持編程器、圖形編程器及計(jì)算機(jī)編程系統(tǒng)。手持編譯器的造價(jià)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(dá)比較直觀，適合中型PLC編譯器。而計(jì)算機(jī)編譯器是一種造價(jià)最高，且工作效率也是最高的一種編譯器。因此，在實(shí)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。