煤矿自动化电气系统创新设计

【摘 要】随着社会经济不断增长，人们在生产生活中消耗的能源也越来越多，对煤炭资源的依赖程度就越来越高，使得煤矿开采力度逐渐增大，加上工作环境较为恶劣，给煤矿安全生产带来了一定的难度。由于煤矿生产环境恶劣，在设备控制和监测方面存在诸多问题，影响了煤矿电气系统的正常运行。因此企业应该对煤矿电气自动化控制系统设计进行创新和改进，将PLC 电气自动化应用于控制系统中，从而提升系统运行的稳定性和安全性。

有【【【关键词】煤矿 电气自动化 控制系统 创新设计

1 单片机电气自动化控制系统在煤矿生产中的应用

在煤矿生产中引入电气自动化控制系统，不仅能确保煤矿开采工作顺利进行，还可以节省经济支出，实现煤矿企业最大化经济效益。电气自动化控制系统的核心是单片机，不同生产环境下，单片机的选择原则和方式都应该有所不同。相关技术人员应该根据煤矿开采和生产的实际环境，对其进行全面、深入的勘察与分析，这是确保单片机在煤矿生产设备中正常工作的关键环节。其次应该做好单片机使用过程中防水、防漏电工作。目前在我国大多数煤矿生产中，往往采用 PLC 单片机，不仅做到很好的防水保护，还可以在出现漏电现象时，自动采取很好的应对措施，确保系统运行的稳定性。同时PLC 单片机还具有工作效率高、耗能少、抗干扰强等优点，所以在煤矿生产中得到了广泛的应用。单片机在煤矿生产中主要是对系统设备进行实时保护，通过检测电信号，将其转换为电压信号，并经过内部系统对所检测出的信号进行一定程度的放大，以此转换为可供使用的电压信号，然后传送至CPU，通过计算机将信息显示出来。

2 煤矿电气自动化控制系统设计的创新与优化

2.1 创新设备选型

目前市场上有较多品牌的 PLC 产品，其品牌不同所使用到的方案也存在明显的差别，对应煤矿电气自动化控制系统的工作性能也不尽相同。详细分析如下：

（1）分析系统规模。在 PLC 设备选型前，需要对自身系统的规模进行深入分析，尽可能缩小设备选择的范围。若仅仅要求 PLC 设备实现对瓦斯浓度的检测，可以选择一般微型设备。如果要求水泵机房可以根据变化的水位进行工作方式和状态的更改，这就给 PLC 设备在逻辑和闭环上控制提出了更高的要求，因此必须选择中等的 PLC设备。若想对矿井中生产人员进行实时监测。首先要对井下通信和控制进行监测，中等和微型设备是不能满足其监控要求的，只能选择大型的 PLC 设备。

（2）I/O 点类型的确定。在电气自动化控制系统设计中，应该根据预期监控对象的系统规模确定 I/O 点的数量，并将其进行类别上的划分，制定出相应的统计清单，以确保软硬件资源余量的充足，最大程度避免资源浪费的现象。对矿井自身供电情况进行分析，以确定输出端输出方式和频率，往往其输出方式是采用晶体管和继电器进行输出的。

（3）选择编程工具。在选择编程工具时，应该根据系统规模确定适合自身的编程工具，确保系统编程能快速高效的完成。针对小规模 PLC 设备编程，往往选择梯形编程方式，该方式较为简洁，在中型 PLC 编程中非常实用。对大型 PLC 设备编程而言，一般使用计算机和 PLC 软件包进行编程，但是该方式不仅会消耗大量的资金，现场调试也十分不便，一般只针对大型煤矿自动化控制系统编程。

2.2 创新硬件设计

（1）输入电路的创新。由于煤矿生产环境比较恶劣，加上我国供电存在一定的不稳定性，为确保系统运行的安全性和稳定性，需要在输入电路部分加装电源净化元件，采用 1：1 隔离变压器可以较好的通过双隔离技术，将变压器初级线圈和次级线圈屏蔽层通过初级电气中性点接大地，减小脉冲干扰作用。对 PLC 输入电源控制在 24V 直流电源，根据容量对负载进行调节，完善周边电路的防短路操作。如果由于短路或者负载，都会造成 PLC 芯片受损，造成系统无法正常运行。因此必须对输入电路进行创新，确保系统安全运行。

（2）输出电路的创新。系统输出电路设计创新，需要根据煤矿生产的实际需求，对各种指示标志、调速装置等采用晶体管进行输出，促进其响应速度的提升。在煤矿水泵机房的电气自动化控制系统中，PLC 输出频率为 6 次/min，可以采用继电器输出，其抗干扰能力与带负载能力相对较强。如果 PLC 输出带电磁线圈或者其他感性负载，为避免产生浪涌电流对 PLC 芯片造成损坏，可以在电路盘上接续二极管，使其充分吸收浪涌电流，保证 PLC 芯片。

2.3 创新软件设计

（1）软件结构创新设计。软件设计主要包括基本程序设计和模块化设计。在煤矿生产中，应该根据煤矿开采的不同程序，对程序进行适时调整，采用模块化设计对后续功能拓展有较好的作用。将煤矿电气自动化控制系统的目标分为多个子任务模块，分别对其进行编写和调试，最终将其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）程序设计过程的创新。若想实现程序优化设计，应该根据煤矿电气自动化控制系统的实际需求，按需分配I/O，将整个系统的 I/O 信号进行集中编制，以提升系统的维护效率。程序中定时器、计数器、继电器需要统一编号，切不可重复同一个编号，进而促进系统运行可靠性的提升。在地址分配完成后，应该详细列出 I/O 分配情况和内部继电器标志位分配表。

3 结语

在国民经济不断发展下，我国现代煤矿技术加快了发展脚步，在生产过程中使用电气自动化控制技术，大大提升了煤矿生产效率，确保了生产安全。本文主要基于 PLC电气自动化控制，对目前电气自动化控制系统存在的问题进行分析，并对系统设计进行创新和优化，这对提升系统的工作效率、实现安全生产、促进煤矿企业健康发展具有深远的意义。在创新过程中，应该根据煤矿生产的实际需求，结合整个电路自身特点和工作环境，确保系统各方面指标符合相关标准与要求，实现现代化、智能化、标准化的煤矿电气自动化控制。

参考文献：

[1]王玉英，王文魁.单片机在煤矿电气自动化控制技术中的应用研究[J].电脑知识与技术，2011，32：8055-8057.

[2]刘久平.如何创新电气自动化控制系统[J].硅谷，2012，03：194+143.

[3]蔡俊毅.浅析电气自动化控制系统的应用和发展[J].科技致富向导，2014，12：128.

作者简介：白闻博（1985—），男，吉林人，本科，助理电气工程师，研究方向：电气自动化。