煤矿电气自动化控制系统的设计分析

煤矿电气自动化控制系统的设计分析

葛红卫

神华宁夏煤业集团汝箕沟无烟煤分公司葛红卫

摘要：煤矿行业是国民经济发展的支柱行业，随着现代科学技术的不断发展，电气自动化控制系统在煤矿行业中发挥着越来越重要的作用，极大的提高了煤矿的生产效率，推进了煤矿开采的自动化进程。本文介绍了煤矿电气自动化控制系统的功能，重点对电气自动化控制系统的设计进行了分析，并展望了煤矿电气自动化控制系统未来的发展趋势。

关键词：煤矿；电气自动化；控制系统；设计分析

前言

进入21世纪之后，社会主义经济建设飞速发展，煤矿行业顺应时代发展的潮流不断提高了自身的发展速度，对生产过程中的生产设备、生产技术、安全监测的要求不断提高，其中电气自动化控制系统功不可没。煤矿电气自动化控制系统包括煤矿生产过程的诸多方面，例如，瓦斯含量的监测计算、矿井水泵的控制、排水、通风性能的监测控制等。因此，深入分析煤矿电气自动化控制系统的设计方案具有实际工程意义。

一、煤矿电气自动化控制系统的功能

电气自动化控制系统越来越广泛的应用到工业生产的各个领域，在煤矿行业中电气自动化控制系统的功能主要包括以下几个方面：

一方面，当矿区的电力系统出现故障的时候，电气自动化控制系统可以实现对开关的操作管理，此外，还可以实现对发变组、励磁变压器、发电机励磁系统的操控管理。还可以通过对厂区用电电源的状态监控，实现对电源设备的操作；

一方面，煤矿生产环境一般比较恶劣，煤矿电气自动化控制系统的应用使得人可以远离危险区域，一些危险的操作可以自动化控制，更好的保证了工作人员的安全；

一方面，电气自动化控制系统的应用，使得机械设备代替了人，节约了人力资源，有助于企业内部人力资源结构的优化。并且电气自动化控制系统中机械操作准确度高，工作效率也高，避免了人员的误操作，降低了故障发生率。

二、煤矿电气自动化控制系统的设计分析

2.1煤矿电气自动化控制系统设备优化设计分析

如果要使电气自动化控制系统在煤矿行业中发挥更大的作用，首先要对自身系统进行分析，根据实际需求选择合适的系统设备。如果煤矿系统中需要检测瓦斯的浓度和含量，那么选择微型PLC设备就可以满足需求。但是对于水泵机房工作状况的确定需要依据煤矿矿井内部水位的变化，此时PLC设备的设计选择就涉及到复杂的逻辑控制。如果对煤矿开采实施全方位的监测控制，就会涉及到通信、智能控制方面的需求，需要选择大型的设备。

2.2煤矿电气自动化控制系统硬件设计

煤矿电气自动化控制系统的硬件设计是基础，硬件系统的好坏直接关系着整个电气自动化控制系统的可靠性、安全性，因此对硬件的优化设计是关键。硬件根据使用需求的不同差距较大，下面主要介绍几个主要方面：

输入电路设计：煤矿的井下工作环境都比较恶劣，设备的供电电压会受到外部环境的影响，一般不稳定，为了保证煤矿电气自动化控制系统的稳定运行，需要在电路中加入净化元件，安装净化元件之后可以有效防止干扰，使用最多的元件是滤波器和隔离变压器，如图1所示是滤波器的工作原理示意图。为了避免操作失误引起过载或者电路短路故障，应该将优质的保险丝安装到输入电路中，以确保整个控制系统不受侵害。

图1滤波器工作原理示意图

输出电路设计：对于输出电路的设计要依据具体的生产需求，一般选择晶体管输出作为基本输出方式，该输出方式可以适应高频的动作要求，而且响应的时间比较短。对于输出电路的简化设计，一般采用继电保护方式，该输出方式抗干扰能力较强。PLC芯片是最关键的，为了保护芯片，一般在电路盘中并联一个续流二极管，通过吸收涌浪电流保护芯片。

抗干扰设计：由于整个电气自动化控制系统一般处于十分恶劣的环境下，抗干扰设计十分必要。一种是采用隔离变压器抗干扰；一种是采用屏蔽的方法排除干扰，主要用金属外壳将设备隔离进行屏蔽，金属外壳可以防止静电、电磁干扰、辐射等对设备系统造成干扰；还有一种是采用将强、弱电信号线分开的方法抗干扰。

2.3煤矿电气自动化控制系统软件设计

整个煤矿电气自动化控制系统依靠的核心技术就是软件，主要包括软件结构设计和程序设计。

软件结构设计：煤矿生产过程中根据开采情况的不同要对软件进行修改，一般采用模块化设计，设计过程中将整个煤矿电气自动化控制系统分成多个子系统，针对每个子系统进行软件结构设计和编程，经过调试之后整合为一个完整的软件。

软件程序设计：软件程序设计的时候要充分考虑后期的调试维护，方便后期统一进行维护。程序中使用的标志位应该统一编号，并制定标志位统计表。软件的程序设计直接关系着整个控制系统的运行效率，因此逻辑性要好，尽量减少内存占用和扫描时间。

2.4选择合适的编程工具

煤矿电气自动化控制系统中常用的一种设备就是编程工具，但是现在一般采用的是手持式编程工具，手持式编程工具的编程效率比较低，而且只能使用于微型、小型的PLC设备。对于中型的PLC设备，可以采用图形编程器，图形编程器直观简洁，采用梯形图编程。对于大型的PLC设备，为了提高编程效率、扩大适用范围，大多采用计算机软件编程，但是用计算机软件编程对编程调试的要求比较高，而且成本高，因此，要根据煤矿电气自动化控制系统的控制规模和使用要求选择合适的编程工具。

三、煤矿电气自动化控制系统未来发展趋势

3.1朝着智能化方向发展

随着计算机技术和网络通讯技术的不断发展，一切事物都在朝着智能化方向发展，在不久的将来，煤矿电气自动化控制系统也会朝着智能化方向发展。例如，红外技术、远距离遥控技术、智能监控技术等，都会在煤矿电气自动化控制系统中得到应用，从而进一步提高工作效率，更高效的分配人力资源。

3.2朝着一体化方向发展

根据当前的发展现状来推测，未来煤矿电气自动化控制系统也会朝着一体化方向发展。现在煤矿电气自动化控制系统中，大部分都采用模块化控制，模块化有其自身的优势，就是方便灵活，但是也有其局限性，不能对煤矿的整个生产体系进行统一管理控制。因此，煤矿电气自动化控制系统的一体化发展，使得设计、测试、控制、维护能够统一进行，采用标准化接口，充分利用计算机技术和网络通讯技术（如图2所示为网络通讯平台示意图），实现资源共享，有助于企业的管理发展。

图2网络通信平台示意图

3.3朝着创新设计的方向发展

创新是社会进步发展的动力和源泉，我国要建设成为创新型国家，坚定不移的走自主创新的道路，未来的煤矿电气自动化控制系统也会朝着创新设计的方向发展。高校中培养大批的创新性人才为其奠定了基础，创新理论、创新型材料、生产流程的创新性设计都会带动煤矿电气自动化控制系统的创新性发展，使其不断优化，不断革新。

总结

综上所述，电气自动化控制系统在煤矿生产过程中被大量使用，电气自动化控制系统的优化设计可以进一步提高煤矿生产的效率和安全性。

参考文献

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