浅谈煤矿电气自动化控制系统的设计

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摘要：本文主要针对电气自动化技术应用以及装置选择的设计策略、煤矿电气自动化控制系统的设计策略进行简要分析，仅供参考。

关键词：煤矿、电气自动化；控制系统

中图分类号：F407 文献标识码： A

一、电气自动化技术应用

电气自动化技术是电子技术与计算机技术的完美结合。在实际的使用过程中，计算机技术一般被单片机技术所代替，从而实现了嵌入式的技术应用模式。在使用的领域中，包括生产型工业领域以及煤矿领域，单片机的技术核心在于能够将计算机的所有重要硬件进行集成，然后通过嵌入式的方式与硬件结合，完成在某一小空间范围内的控制指令输出。但是，在技术原理方面，两者还是存在一定的区别的。单片机一般采用嵌入式的语言，而计算机则一般采用高级语言，两者在交互通信的时候，需要进行代码转换，才能够进行直接通信。因此，一般情况下，会利用单片机的这种通信原理，进行远程控制技术的应用。一般在实际的操作和生产的过程中，由于采用了嵌入式的单片机技术，在硬件设备中，单片机进行嵌入设计，而设计计算机的控制中心，进行远程通信。这样就可以实现绝大多数领域的远程操作流程，通过代码之间的转换，让远程操作和远程控制得到真正的实现。但是，在某种意义上分析，电气自动化技术中电子技术的应用主要是硬件方面的使用。会根据使用环境的需求对模拟电子技术和数字电子技术进行合理安排和配置。一般情况下，在高精的设备中，都会采用数字电子技术，而模拟电子技术则是最为常用的技术之一。电气自动化技术的核心有两个方面，电子技术负责硬件电路线路的畅通，而控制指令操作则通过计算机的指令完成。两者实际上依然是软件以及硬件的结合技术，只是使用的是软件编程利用了单片机通信技术而已。

二、装置选择的设计策略

1、选用编程工具

目前，煤矿电气自动化控制系统中使用比较广泛的编程工具是计算机、PLC，以及应用图形与手持相统一的编程器。收集编程器的目的是为了编程商家定制语言，其中，手持编辑器的编程效率是比较低的，根据规模比较小的PLC装置编程，通常在进行编程的时候所使用的图形编辑器是梯形编程，这是一种十分简洁的编辑手段，也十分适合中型PLC的编程。为了更加有效地编程规模比较大的PLC装置，通常使用PLC软件包与计算机，然而，在进行开发的时候，这样的编程手段需要投入比较大的成本，也不便于实际的调试，通常仅仅使用在大型的煤矿自动化控制系统中。要想提高煤矿电气自动化控制系统的效率，应当结合系统的规模选用合适的编程工具，从而确保更加高效的系统编程。

2、确定I/O点类型

煤矿电气自动化在进行控制的过程中会存在一系列的需要，在一定程度上，这些需要的拟定是结合监控对象的规模来进行的，在进行监控前，应当对装置I/O点的数量进行统计，在进行统计的时候，应当划分它的种类，且要对有关的统计清单进行制定，根据估计的系统控制容量，从而有效地保障软硬件的资源剩余数量还不至于对资源造成浪费。在对装置的输出点、输出频率进行确定的时候，应当认真地探究矿井自身的供电现状，从而对输出端的输出方式进行迅速地确定，输出端通常实施继电器与晶体管输出的方式。

3、认真探究系统的规模

在选择PLC装置的前期，应当认真地探究系统的规模，从而尽量缩小装置的选用范围，这是由于不相同的PLC产品所适用系统的规模也是不一样的。其中，选用西门子PLC装置并且实施探究，倘若选用的PLC装置只是为了检测瓦斯的浓度，那么通常使用微型的装置就可以了。可是对于水泵机房而言，应根据矿井里面改变的水位对它的工作状态与方式进行更改，这就需要高标准的PLC装置闭环与逻辑控制，为此，中等型的PLC装置是最为理想的选择。此外，应当实时地监控矿井工人的安全，首先，应当实时地检测矿井的控制与通信，要想监控整个的过程是比较困难的，而中型与微型的PLC装置是难以实现需求的，在这个时候，仅仅可以选用大型PLC装置。

三、煤矿电气自动化控制系统的设计策略

1、软件的设计策略

软件是煤矿电气自动化控制系统的核心，在优化设计之后系统软件可以大大地提高煤矿电气自动化控制系统的工作效率。优化设计软件需要跟优化硬件同时进行，软件优化设计的过程就是在处理固有的软件装置后，使其变成清晰的梯形图，在应用PLC系统中，这种过程是最难解决的一个问题。优化设计软件，需要立足于结构，在进行设计的时候，应当根据系统的规模来实施，从而使结构优化后，煤矿电气自动化系统能够更加迅速地应用，并且可以更加贴近生产的实际情况。

2、硬件的设计策略

在煤矿电气自动化控制系统中，硬件设计是非常重要的一个组成部分，它跟煤矿电气自动化控制系统的安全性、可靠性以及稳定性是息息相关的。为此，应当实施有效的设计。因为应用要求的不一样，所使用的硬件也是不一样的，下面，探究了系统抗干扰、输出电路以及输入电路这三项内容。

2.1抗干扰的设计策略

在煤矿电气自动化控制系统中，务必注重的一个问题就是系统的抗干扰性。相对来讲，矿井的工作环境是非常复杂的，这对电气自动化控制系统提出了更高的要求。电系统芯片容易受到磁脉冲的干扰，这会导致系统的失灵。为此，在设计煤矿电气自动化控制系统的时候，一定要将防干扰的问题解决。通常来讲，实施下面的一系列策略：布线的优化，将弱电信号线和强电动力线分来走线，且要保障其中是间隔着的，实施双绞线屏蔽电缆的模拟信号传输线可以实现一定的抗干扰功能。借助金属外壳来实施电磁屏蔽系统，在金属质地的工作柜当中放置PLC控制系统，并保障外壳是接地的，这样可以避免空间辐射、电磁脉冲和静电干扰系统。借助隔离变压器，实施1：1超隔离变压器，且把中性点通过电容来接地。

2.2输出电路的设计策略

在设计输出电路的前期，应当根据煤矿生产的实际情况，针对调速设备和一系列指示标志输出方式的选择，应用最为基本的输出方式――晶体管输出，从而确保在进行输出的时候尽量地跟高频率的动作相适应，与此同时，也可以大大地提高响应速度。要想尽量地简化输出电路，通常实施继电保护方式，这是由于继电保护输出方式的带负载与抗干扰能力是比较强的。然而，如果电磁线圈附带在PLC输出的时候，那么PLC芯片就会在断电时受到破坏。因此，为了防止破坏PLC芯片破坏，通常在电路盘中并联续流二极管，这样就可以将浪涌电流有效地吸收，从而对PLC芯片进行有效的保护。

2.3输入电路的设计策略

在设计输入电路的过程中，应当思考PLC的供电电源通常是在交流85V―240V间，具备宽幅适用性。然而，因为矿井的工作环境和条件是非常恶劣的，与此同时，加上不稳定的供电，因此为了确保稳定和安全地运行系统以及抗干扰，应当将电源净化元件加装在输入电路部分，像是隔离变压器或者是电源滤波器。倘若实施的为1：1的隔离变压器，那么借助双隔离技术使变压器的次级线圈屏蔽层和初级线圈屏蔽层经过初级电气中性点接地，就可以在一定程度上抵抗脉冲干扰。针对PLC的输入电源来讲，应用直流电源并且控制在24V，负载的调整应当结合它的容量来进行，还需要对周围的电路实施防短路操作。这有利于煤矿电气自动化控制系统的可靠、安全和稳定运行。倘若出现短路或者是过载的情况，那么都会破坏PLC芯片，进而导致系统的瘫痪。为此，务必有效地设计输入电路。

结束语

综上所述，在社会文明不断进步的影响下，煤矿电气自动化控制系统得以广泛的应用，这大大地提高了煤矿的安全生产管理能力和生产效率。然而，煤矿电气自动化控制系统具有多样化的实施策略，成本与效率也是不一样的，因此，创新性地设计煤矿电气自动化控制系统，这是减少系统成本支出和提高系统运行效率的必然趋势，此外，还应当避免重复性的设计并加强设计实践。

参考文献

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