刘冲 赵磊
神东煤炭集团高端设备研发中心 陕西省榆林市 719315
摘要：随着煤矿生产科技的不断发展，煤矿电气自动化控制系统得到广泛应用，以PLC作为基础的电气自动化控制系统在煤矿中应用较为普遍。为此，本文论述了煤矿电气自动化控制系统的现状和PLC电气自动化控制系统的优化设计。
关键词：煤矿；自动化；控制系统；优化设计
一、机械设备的选型
1.1设备规模
在选择PLC设备之前，要首先分析系统本身的规模。例如，日本某制造商生产小型PLC产品，其适合于小型机械设备的应用。以这种方式选择PLC设备，能够大大缩小选择范围。还要分析系统应该在控制性能的指标上达标。例如，假定测试井中某一物质的检测（如气体浓度）时，只需要运用微型PLC设备。如果运用微型PLC设备检测时不能满足所要求思维指标，需进一步分析选型，这时可以考虑选择一个中型PLC设备。
1.2I/0点
I/O点数量统计的是电气自动化控制应用当中的必要条件。在这个过程中的统计数据，必须依靠具体实践情况来执行。需要做的第一件事情是分类别，第二是建立在统计过程中的列表。为了避免产生资源浪费，必须对系统的控制容纳能力有所了解。为能够确定输出端的输出形式的精确，应当把分析矿井的实际状况放在第一位。通常情况下，需要使用的输出方法，包含晶体管与继电器输出。
1.3编程工具
煤矿电气自动化控制的编程工具包含手持、图形、PLC与计算机相结合的编程器。这三个编程器都有自己固有的特点，每个编辑器都有自己适合的领域。接下来将分别分析这三个编程工具。手持编程器，优势在于，它的编程方法十分简单明了；缺点是，它适合在小范围内使用，只适合那些需要固定编程语句的方面，其效率比较低。手持编辑器员适合于小型PLC设备。对于图形程序器的使用是最为广泛的，这与他的本身所具有的特点是分不开的。在使用过程中，同手持编辑器也一样，编程方法十分简单明了，当具有更强大的实际功能。图形程序器适合中型的PLC设备。使用PLC与计算机结合的编程器，优点十分突出，但缺点也非常明显。它的优势在于能够与复杂的现场环境、高控制要求、变量多要控制的环境相适应，并且其具有非常高的效率。当然，其劣势在于运用PLC与计算机结合的这种编程器进行编程的过程相当复杂，在开展相关开发工作时，需要消耗极其大的人力、物力。由于编程过程庞大，编程内容也相当复杂，同时在系统调试这一环节，相关人员也非常吃力，一般用于大型的PLC设备。
二、电气自动化控制系统的优化设计要点
2.1机械设备的选型设计
进行电气自动化控制系统设计时，前提条件便是做好机械设备的选型工作，以此来满足电气系统稳定运行的要求。在具体的设计过程中，需要对煤矿现阶段的生产规模进行了解，而且需要对煤矿资源总存储量进行客观分析，综合各项参数内容后，选择满足未来某一阶段或几阶段发展的机械设备，搭配相应的电气系统控制模块，从而提升设备选型的可靠性。目前在系统控制中，使用较多的机械设备为PLC系列产品，包括瓦斯浓度监测设备、巷道通风设备、电气照明设备等，其功率、体积、耗电量都需要结合巷道宽度、采煤能力进行选择，以满足系统控制需求。
2.2I/0点种类的确定
在电气自动化控制系统优化设计阶段，较为基础的应用环节便是进行I/0点种类的确定，在原有设计过程中，I/0点种类相对较少，并且安装地点、安装数量相对固定，这样也导致许多问题的出现，无法满足煤矿后续的生产要求。对此在优化设计中，需要对I/O点数量和类型进行调整，在I/0点数量上，可以在原有区域内增加2-3个节点，同时在类型上，适当选择大容量结构，为软件系统和硬件系统端口串联预留发展余地，在此情况下，系统的运行效果可以得到明显提升，工作效率也将提升15%到20%，进而提高了煤矿生产力。
2.3编程工具的选择
在编程工具的选择过程中，常用的电气自动化系统编程工具有三类，分别是手持式编程器、图形编程器和计算机+PLC软件编程器，不同种类的编程工具在实际应用中，具备了不不同的应用优势。手持式编程器的工作效率较基准值（定义为1）只有75%左右，但是体积较小，携带方便，可用于现场的临时调整。而图形编程器的直观性较强，工作效率在85%到90%之间，在一些中型系统运行阶段具备良好地应用效果。计算机+PLC软件编程器工作效率可达100%到110%，工作效率处于较高水准，但是无法在现场进行使用，这也是后期发展阶段的要点内容。
2.4输入电路设计
一般情况下，电气自动化控制系统的稳定工作电压在85V到240V之间，具备了较强的适应性，同时在输入电路设计中，还会增加电源净化元件，用于监测线路运行状态，出现电压过低或过高的情况时，也会利用PLC控制器对于异常部位电容进行调整，在出现电路短路时也会及时启动继电保护装置，以此来降低输入电路带来的负面影响。
2.5电气保护系统
在煤矿电气设备工作阶段，使用到的电源电压基本上都以高压为主，这也增加了线路故障时的危险性，若不能及时对其进行抢修，还会影响到生产过程的安全性。针对电气保护系统的优化设计时，首要任务便是对系统调节方式进行调整，常用到的调节模式便是PID模式，在系统工作过程中，可以提前在系统运行位置明确设定值，以此为基础来作为PID调节基础。得到系统传来的调节指令后，电气保护系统也会将信号传递到目标区域，并且系统的执行结果也会反馈到主系统当中进行存储，这也实现了信息的顺利交互，在故障出现后可以及时定位，加快电气故障的检修速度。
2.6电气接地系统
之前章节中已经提到，在煤矿开采活动的推进过程中，所使用到的电气设备工作电压相对较高，并且考虑到作业环境的复杂性，需要做好接地系统的优化设计工作。传统的接地线都是使用单线连接的方式进行使用，但是该系统的笼统性相对较强，无法适用于所有设备，对此在优化设计中，可以对接地方式进行分类，如将其分为防雷接地（应用于地面控制室设备）、静电接地（地下距离静电放射区较近的电气设备）、直流接地（用于电子设备）和屏蔽接地（电辐射较强区域的电气设备）等方式。同时搭配TN-S和TN-C-S接地方式，以此来提高煤矿生产过程中的用电安全性。
2.7电气检修系统
因为工作环境的复杂性，电气自动化控制系统在运行阶段，有时也会因为零件老化或损坏的问题，导致运行故障问题的出现，进而威胁到整个系统运行过程的安全性。在电气检修系统的设计过程中，可以参考2.6中提到的PID模式来参与管理，对于每一个电气设备运行节点情况进行监测，在出现异常数据后也可以及时采取检修措施，从而提高系统运行过程的安全性。
2.9电气监控系统
在煤矿开采过程中，在巷道、通风处、电气设备等位置安装监控设备和传感器设备，对于地下开采活动的推进情况进行监督，如果出现一些突发情况，如瓦斯浓度过高、煤层顶板形变、地下涌水涌砂等情况，此时可以及时做出预警，提醒作业区域的人员快速撤离到安全区域。同时委派应急处理队伍对于安全隐患进行清除，监控系统会对信息进行定期整理，这也是发展“智慧煤矿”的重要数据参数。
结语：
自动化科学技术的发展为社会各项工作的开展提供了便利，在煤矿生产过程中使用电气自动化控制系统，一定要注意系统运用的层次性和广泛性。未来，还当继续加大技术投入研发力度，对其开展优化设计，保障电气自动化控制系统与煤炭生产作业线的切合性。
参考文献：
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