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煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)優(yōu)化研究
現(xiàn)代煤礦的生產(chǎn)技術(shù)在不斷地進(jìn)步和發(fā)展,電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的引入,進(jìn)一步提高了煤礦生產(chǎn)的效率和管理能力。 下面是小編搜集整理的相關(guān)內(nèi)容的論文，歡迎大家閱讀參考。
摘要：伴隨現(xiàn)代電氣自動(dòng)化控制工藝的引入和使用，煤礦生產(chǎn)效率獲得顯著提升，但基于PLC系統(tǒng)的電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)在使用中也存在諸多問(wèn)題。以此為著手點(diǎn)，在分析電氣自動(dòng)化系統(tǒng)構(gòu)建必要性的基礎(chǔ)上，從設(shè)備選型與架構(gòu)優(yōu)化兩方面對(duì)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的優(yōu)化進(jìn)行總結(jié)分析，希望能為其它礦井電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的優(yōu)化改造提供借鑒與參考。
關(guān)鍵詞：煤礦；電氣自動(dòng)化；設(shè)備選型優(yōu)化；架構(gòu)優(yōu)化
引言
伴隨煤炭產(chǎn)業(yè)近年來(lái)的飛速發(fā)展，煤礦現(xiàn)代化程度不斷增加，而這一成果的達(dá)成則同大量自動(dòng)化電氣控制系統(tǒng)的應(yīng)用密不可分，譬如井下瓦斯涌出量的監(jiān)測(cè)、井下通風(fēng)狀況測(cè)量、井下水泵的控制等。正是通過(guò)這些電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用，井下工人工作環(huán)境得以改善的同時(shí)其工作強(qiáng)度也得以顯著降低。但隨著電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)應(yīng)用的不斷增多，如何對(duì)其系統(tǒng)構(gòu)建開展有效的優(yōu)化，從而降低系統(tǒng)構(gòu)建成本，并提升系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，成為進(jìn)一步推動(dòng)煤礦企業(yè)良性發(fā)展的必要舉措。
1電氣自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備選型優(yōu)化
現(xiàn)階段，市場(chǎng)上各類用于電氣自動(dòng)化控制的PLC（可編程邏輯控制器）系統(tǒng)種類繁多，不同種類與品牌其應(yīng)用性能上也存在一定的差別，因此在進(jìn)行電氣自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備選型上應(yīng)對(duì)下述問(wèn)題進(jìn)行充分考慮。
1.1明確礦井電氣自動(dòng)化系統(tǒng)規(guī)模
構(gòu)建礦井電氣自動(dòng)化系統(tǒng)時(shí)必須立足礦井自身實(shí)際，明確自身系統(tǒng)規(guī)模后，再進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)備型號(hào)選擇。以常見的西門子PLC系統(tǒng)為例，當(dāng)僅僅對(duì)井下瓦斯涌出量進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，適宜選擇SIEMENS-S7-200等各類微型PLC控制系統(tǒng)；當(dāng)需要監(jiān)測(cè)礦井井下水文變化進(jìn)而調(diào)控水泵房設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，由于涉及較為復(fù)雜的邏輯與閉環(huán)控制，適宜選擇SIEMENS-S7-300等中型規(guī)模PLC控制系統(tǒng)；當(dāng)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)用于對(duì)整個(gè)井下安全作業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行綜合監(jiān)控，并實(shí)時(shí)針對(duì)井下作業(yè)進(jìn)行安全管理時(shí)，系統(tǒng)需要涉及通訊、智能監(jiān)控和監(jiān)測(cè)等多種功能，因此適宜選擇SIEMENS-S7-400等大型PLC控制系統(tǒng)[1]。
1.2明確I/O點(diǎn)類別
進(jìn)行電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)構(gòu)建時(shí)，應(yīng)依據(jù)系統(tǒng)實(shí)際使用需求和被控制對(duì)象通知難易程度，對(duì)I/O（輸入輸出端口）點(diǎn)的類別及數(shù)量進(jìn)行選擇，并制作相應(yīng)的使用清單，同時(shí)根據(jù)系統(tǒng)控制量，提前預(yù)留一定的軟硬件余量，避免浪費(fèi)的同時(shí)對(duì)設(shè)備后期擴(kuò)容進(jìn)行一定的預(yù)估。此外，還需依據(jù)井下生產(chǎn)作業(yè)實(shí)際用電情況，對(duì)各電氣設(shè)備輸出點(diǎn)頻率進(jìn)行明確，進(jìn)而對(duì)輸出端所采用的裝置類型進(jìn)行確定。
1.3編程工具的適當(dāng)選取
就現(xiàn)階段電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)應(yīng)用而言，其主要編程工具類型有手持編程器、圖形編程器與計(jì)算機(jī)軟件編程器等幾種類型。其中手持編程器僅能通過(guò)有限的預(yù)設(shè)語(yǔ)句表進(jìn)行編程操作，不僅效率低下且適用范圍相對(duì)狹窄，只能滿足簡(jiǎn)單操作的微型PLC編程需求；圖形編程器運(yùn)用梯形圖進(jìn)行編程操作，具備直觀簡(jiǎn)潔的特點(diǎn)，能被運(yùn)用于中型PLC編程；而采用計(jì)算機(jī)軟件編程則是最為高效、簡(jiǎn)潔的方法，不過(guò)受限于計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)難度大、成本高，同時(shí)難以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)試，因此僅被應(yīng)用于礦井大型PLC控制程序構(gòu)建中。有鑒于此，在編程工具的選擇上，礦井必須結(jié)合自身實(shí)際，從經(jīng)濟(jì)優(yōu)化與使用優(yōu)化的雙重角度出發(fā)，選擇適宜的工具進(jìn)行編程作業(yè)[2-3]。
2電氣自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備架構(gòu)優(yōu)化
2.1硬件優(yōu)化
硬件架構(gòu)作為礦井電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)核心之一，其結(jié)構(gòu)的良好與否同整個(gè)系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定有著密切關(guān)系。所以，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化改造，具體從下述幾點(diǎn)著手：
a)輸入電路優(yōu)化。對(duì)于電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)輸入電路的優(yōu)化改造，應(yīng)注意PLC供電電源多為80V~240V交流電，有著良好的寬幅適用性。不過(guò)考慮到井下作業(yè)環(huán)境的惡劣性及當(dāng)前國(guó)內(nèi)礦山供電環(huán)境的不穩(wěn)定性，為確保整個(gè)電路輸入系統(tǒng)具備良好的抗干擾性能，以維持整個(gè)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行的持久、穩(wěn)定，應(yīng)對(duì)輸入電路增設(shè)電源凈化裝置，譬如隔離變壓器與濾波器等。以1:1的隔離變壓器為例，其能借助雙隔離技術(shù)，將變壓器初級(jí)和次級(jí)兩級(jí)屏蔽層由電氣中性點(diǎn)接地，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)脈沖干擾的有效屏蔽；
b)輸出電路優(yōu)化。針對(duì)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)輸出電路的優(yōu)化，應(yīng)結(jié)合礦井實(shí)際，使用晶體管對(duì)各類標(biāo)示與調(diào)試設(shè)備進(jìn)行輸出，以確保其有效適應(yīng)設(shè)備的高頻動(dòng)作，并增加電路反應(yīng)效率。以井下水泵機(jī)房電氣自動(dòng)化控制為例，當(dāng)PLC控制系統(tǒng)輸出頻率為6min1次時(shí)，可選用繼電裝置進(jìn)行輸出，以確保電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)明的同時(shí)具備良好的抗干擾性能。不過(guò)，PLC系統(tǒng)在攜帶有感性負(fù)載進(jìn)行輸出時(shí)，當(dāng)發(fā)生斷電時(shí)極易形成浪涌電流導(dǎo)致其芯片的損毀。對(duì)此，應(yīng)在其它電路并接續(xù)流二極管，以便能對(duì)浪涌電流進(jìn)行吸收，避免其對(duì)芯片造成損害[4]；
c)抗干擾優(yōu)化。實(shí)現(xiàn)井下電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)對(duì)外界干擾的有效抵抗也應(yīng)是其日常管理的要點(diǎn)之一。由于井下作業(yè)環(huán)境相對(duì)惡劣，電氣自動(dòng)化系統(tǒng)抗干擾性的提升也勢(shì)在必行。通常采取下述幾種方式：
(a)借助隔離變壓裝置抵抗干擾，鑒于電網(wǎng)中的干擾多源于繞組將電容耦合導(dǎo)致，適宜選用1:1的的變壓裝置，并使中性點(diǎn)通過(guò)電容進(jìn)行接地；
(b)布設(shè)金屬外殼實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的電磁屏蔽，同時(shí)金屬外殼還可充當(dāng)接地端，有效實(shí)現(xiàn)對(duì)靜電、電磁脈沖和空間輻射等外界干擾對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的負(fù)面影響；
(c)優(yōu)化布線，借由將強(qiáng)弱電力線路的分隔布設(shè)，并采用雙絞線屏蔽電纜充當(dāng)信號(hào)傳輸線，從而起到有效的抗干擾功效。
2.2軟件優(yōu)化
軟件作為電氣自動(dòng)化運(yùn)行控制的核心所在，其優(yōu)化程度對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)優(yōu)化后工作效率的提升有著直接性影響。通常來(lái)說(shuō)，軟件的優(yōu)化改良應(yīng)同硬件設(shè)施的優(yōu)化同步開展，其具體內(nèi)容可分為以下幾點(diǎn)：a)軟件結(jié)構(gòu)優(yōu)化。對(duì)于軟件設(shè)計(jì)而言，其分為模塊設(shè)計(jì)與基本程序設(shè)計(jì)兩大類。對(duì)于井下生產(chǎn)作業(yè)而言，電氣自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)必須實(shí)時(shí)根據(jù)礦井生產(chǎn)狀況進(jìn)行調(diào)控，所以適宜選用模塊化設(shè)計(jì)，從而為后續(xù)功能拓展提供便利。首先，將整個(gè)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)控制對(duì)象劃分為多個(gè)子任務(wù)模塊，隨后對(duì)不同模塊進(jìn)行單獨(dú)編寫與調(diào)試，最后再將單獨(dú)的各模塊整合成為完整的一個(gè)程序。通過(guò)這種設(shè)計(jì)方式，整個(gè)礦井的自動(dòng)化電氣控制系統(tǒng)便能依據(jù)井下生產(chǎn)實(shí)際情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的快速調(diào)節(jié)，確保整個(gè)系統(tǒng)始終運(yùn)行的高效、高質(zhì)[5-6]；b)程序設(shè)計(jì)過(guò)程優(yōu)化。對(duì)于程序的優(yōu)化而言，其核心要點(diǎn)便是實(shí)現(xiàn)I/O節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)化分配，依據(jù)井下生產(chǎn)狀況對(duì)I/O節(jié)點(diǎn)井下按需分配的同時(shí)，對(duì)各個(gè)I/O節(jié)點(diǎn)的控制盡可能實(shí)現(xiàn)集中調(diào)控，以便于后期維護(hù)作業(yè)的開展。與此同時(shí)，還應(yīng)對(duì)系統(tǒng)中各定時(shí)與計(jì)數(shù)裝置進(jìn)行統(tǒng)一編號(hào)，從而更好地推動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行效率及可靠性的提升。此外，為進(jìn)一步增加系統(tǒng)運(yùn)行速度，在控制系統(tǒng)的邏輯設(shè)計(jì)上應(yīng)秉承簡(jiǎn)潔明了的基本原則，方便指令編寫輸入的同時(shí)盡可能降低所占內(nèi)存。而對(duì)于PLC芯片中的各類觸點(diǎn)，則可通過(guò)合理設(shè)計(jì)進(jìn)行多次的重復(fù)使用，而無(wú)需借助復(fù)雜指令降低觸點(diǎn)使用頻率。譬如，井下瓦斯監(jiān)測(cè)裝置的開啟/關(guān)閉通過(guò)一個(gè)按鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)控制，就能通過(guò)二分頻以達(dá)成。通過(guò)這種方法，整個(gè)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中I/O節(jié)點(diǎn)使用量可明顯降低，實(shí)現(xiàn)資源節(jié)約與系統(tǒng)運(yùn)行效率提升的雙贏。
3結(jié)語(yǔ)
伴隨現(xiàn)代科技的突飛猛進(jìn)，電子技術(shù)日益在煤礦生產(chǎn)中獲得廣泛應(yīng)用，并對(duì)礦井生產(chǎn)效率的提升起到良好推動(dòng)。不過(guò)，鑒于礦井電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式的多種多樣，其不僅適用環(huán)境存在極大差異，同時(shí)運(yùn)行效率與運(yùn)行成本也各不相同。所以，煤礦在進(jìn)行自身電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的構(gòu)建時(shí)必須立足自身實(shí)際，積極創(chuàng)新系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)備選型與整體架構(gòu)，從而在降低運(yùn)行成本的同時(shí)實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)運(yùn)行效率的提升，進(jìn)而為礦井的長(zhǎng)久可持續(xù)發(fā)展及現(xiàn)代化建設(shè)提供助推力。
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