煤矿电气自动化控制系统的设计与实现

摘要：随着科技的不断发展，煤矿生产过程中不断有新型的电气自动化控制系统投入到日常生产中，这对于提升煤矿的管理和生产效率都有一定的促进作用。基于此，文章对煤矿电气自动化控制系统的设计与实现进行了探讨。

关键词：煤矿生产；电气自动化控制系统；煤矿管理；煤炭开采；单片机 文献标识码：A

中图分类号：TD614 文章编号：1009-2374（2015）23-0013-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.23.007

随着我国经济的快速发展，人们对于煤炭的需求进一步加大。由于电气自动化设备使用量的增加，煤炭开采业也有了长足的进步和发展，生产的效率和生产产量也进一步提升。另外，伴随着计算机技术、电气自动化技术以及智能技术的发展，对于设备控制的准确性以及设备信息传输的顺畅性都有了较大的提升。因为煤炭生产的环境比较恶劣，设备的控制和监测在运行过程中也产生了很多问题，影响煤炭开采工作的正常开展。基于此，对当前的煤矿电气自动化进行改革和创新，在新的自动化控制系统中加入PLC控制体系，以提升整个电气系统运行的稳定性和安全性。

1 单片机电气自动化控制系统在煤矿生产中的应用

伴随着经济的快速发展，人们的日常生活中对于煤炭资源的需求进一步增加，这也促进了煤炭开采力度的加大，但是由于煤炭开采环境的恶劣，使得煤炭开采的安全性和可靠性存在较大的问题。然而在煤炭开采过程中加入了电气自动化控制系统节省了大量的经济支出，为煤炭开采工作的顺利进行提供了一定的保障，将企业所能获取的经济效能最大化。单片机是电气自动化控制系统的核心物质，在不同的生产环境下，单片机的选择原则和方式也会产生较大的差异。相关的工作人员应当根据实际工作过程中所使用的环境的差异，进行全面仔细的分析，确保在特定的工作环境下，单片机能够在煤炭生产设备中正常使用。另外，对于单片机应当做好相关的防水浸和防漏电工作。现如今，我国的大多数煤炭生产中基本都使用了PLC单片机，而且在生产中不但做好了防水保护工作，而且对于突然出现的漏电现象也有了较好的应对措施。PLC的优点还在于工作的效率比较高，能耗低，抗干扰性能较好，因此在煤炭采集中得到了广泛使用。单片机在实际的使用过程中能够很好地保护整个系统设备，将检测到的电信号转化为电压信号，然后经过其他设备的放大作用，将电压信号转化为可使用的电压信号，再送至电脑的CPU中借助计算机将所检测的信息显示出来。

2 煤矿电气自动化控制系统中硬件模块的设计与实现

2.1 输入电路的设计与实现

因为电气设备使用的环境较为恶劣，所以在煤矿中的电气化自动化控制系统所对应的供电线路中应当安装能够净化电源的设备。在当前的技术条件之下，能够使用的电源净化设备主要有两种，即滤波器和隔离变压器，其中图1所示的工作原理就是滤波器，这两种电源净化设备在实际的使用过程中必须保证电源的输入电压恒定在24V，而且一直都是直流电，而在进行自身负载调整的时候，电源的容量是必须考虑的重要因素之一；其次，需要对周边电路配置结构进行完善，避免在电源净化设备运行期间出现短路等方面的问题；最后，对于电源的保险丝应当及时进行更换，以防止由于操作不当或者电源短路，甚至是PLC芯片出现损坏而产生问题，进一步提升电源支路的安全性能，减少因系统短路以及操作失误对运行带来的影响。

2.2 输出电路的设计与实现

我们在进行输出电路的设计创新时必须考虑到煤炭实际开采过程中的基本需求，针对不同的指示标志和调速装置，采用晶体管进行输出调节，提升相应的速度。对于煤矿系统中的水泵机房来说，在电气化自动控制系统之中，PLC的输出频率为6次/min，输出时可以使用继电器输出，这样可以增强抗干扰能力和负载能力。在PLC输出的过程中，为了避免浪涌电流造成的PLC的损坏情况的发生，可以在电路盘上接上二极管，易吸收浪涌电流，从而保护PLC芯片的正常工作。

2.3 抗干扰的设计与实现

系统的干扰性对于煤矿电气化自动控制系统所造成的影响是不可忽略的，而相对于其他的电气系统来说，矿井的电气系统由于工作环境比较差，线路比较复杂，因此，对于电气自动化控制系统的要求就会更高。在电气系统的设计过程中加入防干扰的解决方法，从而预防磁脉冲对干扰点系统芯片造成干扰，造成系统的失灵。一般来说，进行防干扰问题的解决时应当做到以下三点：（1）布线的优化，弱电信号和强电信号应当区分开来，形成各自的走线系统，而屏蔽电缆模拟信号的措施就是采用双绞线，这样可以有效地防止信号之间的互相干扰；（2）使用金属外壳来屏蔽模拟信号的干扰，在金属材质的工作柜中放置PLC控制系统，然后将外壳接地，如此一来，可以有效地避免空间辐射，电磁脉冲以及静电干扰对系统的影响；（3）借助隔离变压器实现1∶1的超隔离变压，将中性点通过电容实现接地，从而避免其他物质对系统产生的干扰。

3 煤矿电气自动化控制系统中的软件模块的设计与实现

在煤矿电气系统的自动化控制的设计和实现中主要涉及到以下两方面的内容：（1）对基本的控制程序的设计和现有模块的优化，在实际的煤矿开采过程中，应当根据实际需求设置不同的开采程序，对于当前所存在的模块进行不断的优化，对于其中所存在的问题进行分析和研究，寻找一种更合适的方式来解决这一问题。对各个模块进行编程和调试，然后将所有的模块组合成为一个完整的程序。模块化程序创新设计提高了电气自动化控制水平，使其更符合实际的生产状况；（2）对程序设计过程的创新，根据当前的煤矿电气自动化控制的基本需求，按照实际需求进行I/O的分配，对整个系统中的I/O信号进行集中编号，从而提升整个系统的维护效率。对于系统中的定时器、计数器以及继电器等进行统一的编号处理，以提升系统的运行可靠性，当所有的I/O地址分配完成之后，应当对整个系统内的实际分配情况和内部继电器的标志位置加以记录，以方便后期维护过程中的查阅。

4 结语

综上所述，在科学技术不断进步的今天，煤矿电气自动化系统的应用频率越来越高，这也极大地促进了煤炭的安全生产效率和管理能力。但是，在实际的工作过程中所使用的工作策略不同，就会造成成本与效率的差异性，基于此，在创新设计的过程中，应当以减少整个系统的成本支出和运行效率的提升为基本出发点进行细致的分析和研究，在实际的设计过程中应当加强设计的实践性。

参考文献

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[2] 汤计格，仵允章，王川，等.论煤矿机械设备电气自动化技术应用[J].大观周刊，2012，（34）.

[3] 王洋.探讨PLC在煤矿电气自动化过程中的应用[J].电源技术应用，2013，（1）.

作者简介：王慧栋（1986-），男，山西阳泉人，阳泉煤业（集团）有限责任公司奥伦胶带分公司技术员，研究方向：电气维修、电气软件调试。

（责任编辑：周 琼）