牛萬(wàn)春

（西山晉興公司斜溝煤礦， 山西 興縣 033600）

引言

隨著我國(guó)采煤技術(shù)的極速發(fā)展，電氣系統(tǒng)智能化、自動(dòng)化水平不斷提高，礦山生產(chǎn)技術(shù)越來(lái)越趨向于高效率、高安全方向。基于PLC技術(shù)的電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)必須克服煤礦井下生產(chǎn)環(huán)境惡劣這一困難，保障在各種情況下工作面電氣設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，避免電磁等環(huán)境因素對(duì)電氣系統(tǒng)造成不同程度的干擾，提高礦山生產(chǎn)效率[1]。為提升煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的安全性和可靠性，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行創(chuàng)新與優(yōu)化，減少設(shè)計(jì)成本，增強(qiáng)系統(tǒng)使用性能[2]。

1 單片機(jī)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)在煤礦生產(chǎn)中的應(yīng)用

電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的核心是單片機(jī)，而單片機(jī)的規(guī)格選型有嚴(yán)格的要求，相同型號(hào)的單片機(jī)在不同的生產(chǎn)環(huán)境中會(huì)呈現(xiàn)不同的效果。在選擇單片機(jī)類型時(shí)，應(yīng)根據(jù)煤礦開(kāi)采和生產(chǎn)環(huán)境，對(duì)其進(jìn)行全面、深入的勘察與分析，確保單片機(jī)在煤礦生產(chǎn)設(shè)備中的正常工作[3-4]。現(xiàn)階段，煤礦多采用PLC單片機(jī)，此種單片機(jī)具有工作效率高、耗能少、抗干擾強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具有很強(qiáng)的防水效果。當(dāng)生產(chǎn)設(shè)備出現(xiàn)漏電現(xiàn)象時(shí)，單片機(jī)自動(dòng)采取應(yīng)對(duì)措施，保證工作設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行以及工作面的順利生產(chǎn)，且為工作面工作人員提供安全保障。PLC單片機(jī)主要對(duì)煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)保護(hù)，通過(guò)一系列的信號(hào)轉(zhuǎn)換，將設(shè)備故障信號(hào)傳輸至計(jì)算機(jī)。由于其具有抗干擾能力較強(qiáng)、耗能較少等特點(diǎn)，在煤礦中得到了廣泛的應(yīng)用[5]。

2 煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新與優(yōu)化

2.1 設(shè)備選型

2.1.1 分析系統(tǒng)規(guī)模

通過(guò)分析PLC自身系統(tǒng)的規(guī)模，對(duì)工作面所選設(shè)備進(jìn)行綜合選擇。PLC設(shè)備的不同作用對(duì)其自身要求也不同，若僅僅要求PLC設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)瓦斯?jié)舛鹊臋z測(cè)，可以選擇一般微型設(shè)備；若要求PLC設(shè)備對(duì)水泵機(jī)房根據(jù)水位變化進(jìn)行工作方式和狀態(tài)的變更，可以選擇中等設(shè)備；若要求PLC設(shè)備對(duì)礦井生產(chǎn)人員進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，微型和中等設(shè)備均不能滿足井下通信和控制的監(jiān)測(cè)要求，只能選擇大型的PLC設(shè)備。

2.1.2 I/O點(diǎn)類型的確定

為最大程度避免資源的浪費(fèi)，確保硬件資源余量的不足，根據(jù)對(duì)某礦監(jiān)控對(duì)象的系統(tǒng)規(guī)模確定I/O點(diǎn)的數(shù)量，進(jìn)而對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行劃分類別。分析礦井供電情況，對(duì)輸出端采用晶體管和繼電器，以確保輸出端的穩(wěn)定運(yùn)行，提高輸出效率。

2.1.3 選擇編程工具

根據(jù)系統(tǒng)規(guī)模確定適合系統(tǒng)本身的編程工具，所選編程工具須確保系統(tǒng)編程能快速高效地完成。對(duì)于中小規(guī)模的PLC設(shè)備編程，選擇梯形編程模式更為實(shí)用，應(yīng)用范圍也較廣泛，而對(duì)于大型PLC設(shè)備編程，一般使用計(jì)算機(jī)和PLC軟件包進(jìn)行編程，這種編程雖然速度較快、編程效率較高，但是經(jīng)濟(jì)投入較多，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)，由于環(huán)境因素也十分不便，故編程范圍僅僅針對(duì)大型煤礦。

2.2 硬件設(shè)計(jì)

2.2.1 輸入電路

由于煤礦生產(chǎn)環(huán)境復(fù)雜，且在某些特殊狀況下供電系統(tǒng)呈現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)，對(duì)輸入電路部分安裝電源凈化元件，以確保系統(tǒng)運(yùn)行的安全和穩(wěn)定，避免因煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)的不穩(wěn)定造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。將PLC輸入電源控制在24 V，合理調(diào)節(jié)電路載荷，防止由于短路影響PLC的穩(wěn)定運(yùn)行。在電路短路或超負(fù)載情況下，PLC芯片會(huì)受到不同程度的損傷，造成系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行。因此，對(duì)輸出電路進(jìn)行設(shè)計(jì)創(chuàng)新對(duì)于電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的作用。

2.2.2 輸出電路

為提高水泵機(jī)房電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的抗干擾與負(fù)載能力，結(jié)合某礦實(shí)際生產(chǎn)需求，對(duì)輸出電路設(shè)計(jì)創(chuàng)新?，F(xiàn)階段煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)PLC輸出頻率為6次/min，考慮采用繼電器輸出。另外，在電路盤(pán)上安裝二極管，可以有效避免對(duì)PLC的損傷。

2.2.3 抗干擾設(shè)計(jì)

在煤礦生產(chǎn)過(guò)程中，工作面中的眾多不利因素都會(huì)影響電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行。對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行抗干擾設(shè)計(jì)創(chuàng)新是解決這一問(wèn)題的根本方法。采用三種方法對(duì)其提高抗干擾能力，一是利用電磁屏蔽效應(yīng)，將工作面中的靜電、電磁等干擾信號(hào)通過(guò)金屬殼屏蔽，減少對(duì)電氣設(shè)備的干擾。二是應(yīng)用專業(yè)屏蔽設(shè)備，現(xiàn)階段煤礦主要采用隔離變壓器，通過(guò)中性點(diǎn)經(jīng)電容接地提高電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)創(chuàng)新的抗干擾能力。三是合理布線，將強(qiáng)電動(dòng)力線路與弱電信號(hào)線分開(kāi)走線，避免因雙線交叉對(duì)設(shè)備產(chǎn)生不同程度的干擾。

2.3 軟件設(shè)計(jì)

2.3.1 軟件結(jié)構(gòu)

在煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，基本程序設(shè)計(jì)與模塊化設(shè)計(jì)是軟件設(shè)計(jì)的主要組成部分。根據(jù)煤礦工作面的實(shí)際生產(chǎn)狀況，將電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)分為多個(gè)子任務(wù)模塊，分別對(duì)其進(jìn)行編寫(xiě)和調(diào)試，最后整合起來(lái)。并對(duì)程序結(jié)構(gòu)進(jìn)行適時(shí)調(diào)整，以便軟件結(jié)構(gòu)程序能夠適應(yīng)不同的實(shí)際生產(chǎn)狀況。

2.3.2 程序設(shè)計(jì)過(guò)程

根據(jù)某礦自動(dòng)化控制系統(tǒng)的實(shí)際需求，對(duì)I/O信號(hào)進(jìn)行集中編制，將不同編號(hào)的程序定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等設(shè)備統(tǒng)一管理，詳細(xì)列出I/O分配情況和內(nèi)部繼電器標(biāo)志位配表，能夠提升系統(tǒng)的維護(hù)效率，促進(jìn)電氣運(yùn)行的可靠性。

3 PLC控制系統(tǒng)程序的應(yīng)用

將PLC控制系統(tǒng)程序應(yīng)用于某礦，進(jìn)行I/O端子測(cè)試和系統(tǒng)調(diào)試。通過(guò)試驗(yàn)，觀測(cè)PLC控制系統(tǒng)程序的應(yīng)用效果。針對(duì)不同的PLC系統(tǒng)應(yīng)用效果制定不同修改策略，確保PLC控制系統(tǒng)程序的應(yīng)用效率。

3.1 I/O端子測(cè)試

手動(dòng)對(duì)PLC輸入端子進(jìn)行檢查、驗(yàn)證，若PLC輸入端子的指示燈點(diǎn)亮，表示正常；反之，應(yīng)檢查接線或者是I/O點(diǎn)壞。

3.2 系統(tǒng)調(diào)試

調(diào)試過(guò)程中，根據(jù)某煤礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)需求對(duì)硬件進(jìn)行適當(dāng)修改，調(diào)試程序?yàn)闄z查硬件、修改程序、對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)和控制量做綜合測(cè)試、帶設(shè)備調(diào)試，最后調(diào)試結(jié)束。通過(guò)該程序的試驗(yàn)，該礦電氣系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行，減少了經(jīng)濟(jì)成本投入，且保障了工作面生產(chǎn)人員的安全，提高了煤礦開(kāi)采效率，經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益顯著。

4 結(jié)論

1）現(xiàn)階段煤礦電氣系統(tǒng)在設(shè)備控制和監(jiān)測(cè)方面存在諸多問(wèn)題，極大地影響了工作面的正常推進(jìn)，且對(duì)井下工作人員安全構(gòu)成了威脅。

2）對(duì)煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)和改進(jìn)，極大提升了煤礦生產(chǎn)效率，保證了煤礦電氣系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性與可靠性。

3）基于PLC電氣自動(dòng)化控制，根據(jù)某煤礦生產(chǎn)的實(shí)際需求對(duì)設(shè)備選型、硬件與軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行創(chuàng)新與優(yōu)化，為該礦實(shí)現(xiàn)礦山的現(xiàn)代化、自動(dòng)化和智能化發(fā)展提供了保障。

[1] 李建忠.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2002.

[2] 王玉英，王文魁.單片機(jī)在煤礦電氣自動(dòng)化程制技木中的應(yīng)用研究[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2011（32）：8 055-8 057.

[3] 田慶軍，周曉娟.當(dāng)前煤礦電氣設(shè)備安全管理存大的問(wèn)題和對(duì)策[J].煤炭技術(shù)，2009（2）：190-191.

[4] 劉麗.煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].煤炭技術(shù)，2013（8）：93-95.

[5] 李養(yǎng)明.煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)應(yīng)用優(yōu)化分析[J].山東煤炭科技，2015（7）：106-108.