煤礦自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)探討

天地（常州）自動(dòng)化股份有限公司 鄧 榮

隨著信息化的發(fā)展，人類已經(jīng)進(jìn)入信息時(shí)代，自動(dòng)化技術(shù)呈現(xiàn)出智能化、多功能化等特點(diǎn)。在各個(gè)行業(yè)都得到了廣泛的應(yīng)用，我國(guó)煤礦行業(yè)在20世紀(jì)60年代起開(kāi)始實(shí)行自動(dòng)化，煤礦生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化。應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)在煤礦企業(yè)建立大型、開(kāi)放的分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)全礦井的檢測(cè)、管理、控制一體化，并對(duì)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行自動(dòng)化控制，利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行生產(chǎn)的綜合指揮調(diào)度及業(yè)務(wù)運(yùn)轉(zhuǎn)，能全面提高煤礦的生產(chǎn)水平。本文結(jié)合實(shí)際談?wù)劽旱V自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)。

1.煤礦自動(dòng)化的發(fā)展現(xiàn)狀

煤礦的生產(chǎn)環(huán)境惡劣，煤礦行業(yè)的自動(dòng)化水平發(fā)展落后于其他行業(yè)。隨著煤礦機(jī)械的發(fā)展，煤炭工業(yè)研究的重點(diǎn)之一即為機(jī)械自動(dòng)化，機(jī)電一體化的自動(dòng)化設(shè)備被廣泛應(yīng)用在煤礦生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。目前，自動(dòng)化在煤礦企業(yè)的發(fā)展主要表現(xiàn)在以下幾方面：

1.1 采掘機(jī)械自動(dòng)化

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，國(guó)外普遍采用計(jì)算機(jī)控制采掘機(jī)械，進(jìn)行采煤機(jī)、工作面運(yùn)輸及支架的聯(lián)合控制，實(shí)現(xiàn)了采煤作業(yè)的綜合自動(dòng)化。另外，計(jì)算機(jī)一般具有離機(jī)操作的功能，可以進(jìn)行設(shè)備的故障診斷和工況檢測(cè)。采煤機(jī)經(jīng)歷了從液壓牽引到電牽引，從直流牽引到交流頻電牽引的發(fā)展，逐漸向大容量過(guò)渡，采用多電機(jī)拖動(dòng)的方式，能使總裝機(jī)的功率達(dá)到1500kW；大運(yùn)量、重型化、高強(qiáng)度、高壽命是工作面輸送機(jī)的發(fā)展方向；液壓支架實(shí)現(xiàn)了高壓、大流量供液。掘進(jìn)機(jī)發(fā)展到由大型PLC控制，能夠自動(dòng)化控制、進(jìn)行故障診治判斷和工況檢查。

上世紀(jì)70年代以來(lái)，我國(guó)綜采機(jī)械發(fā)展迅速，所采用的設(shè)備近90%為國(guó)產(chǎn)，且大多采用液壓牽引，最大裝機(jī)功率為800kW。目前，上海煤科分院和太遠(yuǎn)礦山機(jī)械廠、西安煤機(jī)廠都研制了電牽引采煤機(jī)。我國(guó)的采掘機(jī)械自動(dòng)化還處在工作面運(yùn)輸能力下、過(guò)煤量低的起步階段。

1.2 運(yùn)輸提升的機(jī)械自動(dòng)化

在井下進(jìn)行主煤的運(yùn)輸時(shí)，國(guó)外先進(jìn)的采煤國(guó)采用膠帶運(yùn)輸?shù)姆绞剑⒂酶咚佘?chē)、齒輪車(chē)、單軋吊及膠輪蓄電池機(jī)車(chē)等輔助運(yùn)輸。采用交流變頻調(diào)速、SCR-D直流調(diào)速進(jìn)行膠帶運(yùn)輸。利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行集中控制和保護(hù)、診斷故障，系統(tǒng)具有的保護(hù)主要有低俗速、煙霧、跑偏、斷裂、急停、煤位、溫度等。

我國(guó)仍以軌道運(yùn)輸為主進(jìn)行主煤運(yùn)輸。20世紀(jì)80年代以來(lái)，膠帶運(yùn)輸被逐漸應(yīng)用到在一些大型礦井和新建礦井中，使用計(jì)算機(jī)或PLC進(jìn)行控制，裝備了綜合保護(hù)裝置，運(yùn)用DCS結(jié)構(gòu)與礦井的安全監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。采用全數(shù)字化控制和IGBT、FFR、GTO等新型電力器件的軌道運(yùn)輸電機(jī)，并研制成功了PLC或計(jì)算機(jī)控制的“信集團(tuán)”系統(tǒng)。國(guó)外先進(jìn)采煤國(guó)普遍采用全數(shù)字SCR—D系統(tǒng)進(jìn)行礦井提升運(yùn)輸。隨著變頻交流系統(tǒng)的迅速發(fā)展，PLC控制的提升機(jī)被廣泛應(yīng)用，形成了標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了提升工況流程控制、安全回路檢測(cè)。

1.3 安全監(jiān)控系統(tǒng)

由于作業(yè)條件艱苦，并受到水、火、冒頂、煤塵和瓦斯等自然災(zāi)害的威脅，煤炭行業(yè)發(fā)展煤礦自動(dòng)化設(shè)置安全監(jiān)控系統(tǒng)十分必要。我國(guó)自上世紀(jì)70年代起，從國(guó)外引進(jìn)先進(jìn)的安全監(jiān)控系統(tǒng)和制造技術(shù)，經(jīng)過(guò)多年的消化和吸收，已經(jīng)出現(xiàn)了幾十家生產(chǎn)煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的科研和生產(chǎn)單位，包括AL、TF200、KJ系列等監(jiān)控系統(tǒng)。從系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和計(jì)算機(jī)應(yīng)用的角度來(lái)說(shuō)，與國(guó)外90年代的水平相當(dāng)，但傳感器的種類較少、穩(wěn)定性差、壽命較短，系統(tǒng)維護(hù)的工作量大；由于軟件的檔次不夠，缺乏專家的診斷和決策，許多監(jiān)控系統(tǒng)缺乏可靠性、利用率較低。

2.煤礦自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)

作為重要的產(chǎn)煤國(guó)，煤炭在一次能源中所占的比重較大。煤炭在能源中具有穩(wěn)固的統(tǒng)治地位，要保持煤炭工業(yè)的持續(xù)發(fā)展，必須依靠科技的力量、不斷進(jìn)行科技進(jìn)步。計(jì)算機(jī)技術(shù)的全面應(yīng)用及其功能的有效全面發(fā)揮，將使煤礦系統(tǒng)發(fā)生根本性的變化，未來(lái)將形成煤礦的“整體監(jiān)控系統(tǒng)”。

2.1 現(xiàn)場(chǎng)信息自動(dòng)化控制

過(guò)程控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)控集控要求現(xiàn)場(chǎng)信息的高度集成。儀表技術(shù)的智能化、現(xiàn)場(chǎng)總線及工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的全面迅速發(fā)展，為過(guò)程控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)信息高度集成化提供了基礎(chǔ)。其整體思路是在設(shè)備自動(dòng)化的基礎(chǔ)上，使礦井安全生產(chǎn)的機(jī)械化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、自動(dòng)化成為可能，并實(shí)現(xiàn)本地、遠(yuǎn)程、移動(dòng)、固定的立體數(shù)字信息化網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。通過(guò)傳感器對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信息進(jìn)行采集實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的系統(tǒng)控制，按照主控器指令通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制，再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)利用各種協(xié)議將各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)連接，并將獲得的系統(tǒng)信息傳輸?shù)降孛娴募斜O(jiān)控中心。通過(guò)監(jiān)控軟件（HMI／SCA—DA）和監(jiān)控中心服務(wù)器對(duì)礦井內(nèi)的多有自動(dòng)化子系統(tǒng)進(jìn)行集中控制和管理。

2.2 集中控制的全礦井過(guò)程自動(dòng)化

全礦井的過(guò)程自動(dòng)化控制是將先進(jìn)的采煤作業(yè)的過(guò)程控制技術(shù)引入礦井自動(dòng)化集中控制中心，采用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)和先進(jìn)的自動(dòng)化采掘設(shè)備，在礦井集中監(jiān)控中心建設(shè)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)企業(yè)集控中心對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)視、監(jiān)控和操作礦井關(guān)鍵設(shè)備的目的。采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化組態(tài)軟件編程，實(shí)現(xiàn)各類系統(tǒng)或設(shè)備在地面的在線參數(shù)化，通過(guò)地面支援中心進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷，將故障指令下達(dá)并通知礦井人員做出及時(shí)處理，并對(duì)企業(yè)內(nèi)個(gè)性資源進(jìn)行統(tǒng)一的集中調(diào)度。煤礦自動(dòng)化發(fā)展的方向是在礦井過(guò)程自動(dòng)化集中控制的基礎(chǔ)上建設(shè)企業(yè)級(jí)過(guò)程自動(dòng)化集中控制中心。它將弱化并取代礦級(jí)集控中心，跨礦井實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)程控制層、基礎(chǔ)設(shè)備層、企業(yè)各級(jí)管理層、安全生產(chǎn)調(diào)度曾的集中統(tǒng)一控制，建立企業(yè)的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，改變?cè)械念~煤礦安全生產(chǎn)模式，實(shí)現(xiàn)管控一體化的礦井生產(chǎn)模式。

2.3 煤礦遠(yuǎn)程集控中心

煤礦遠(yuǎn)程集控中心通過(guò)快速的通訊傳輸網(wǎng)和高效的自動(dòng)控制網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)企業(yè)多有礦井全生產(chǎn)過(guò)程的在線監(jiān)控和遠(yuǎn)程操作。借助中心集控軟件監(jiān)視礦井內(nèi)各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行設(shè)別的遠(yuǎn)程診斷并調(diào)整相關(guān)參數(shù)。根據(jù)設(shè)備或系統(tǒng)的故障類型將設(shè)備檢修、維護(hù)等指令下達(dá)給礦井人員，令他們第一時(shí)間達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)并進(jìn)行故障處理。借助于生產(chǎn)制造的執(zhí)行系統(tǒng)，調(diào)度生產(chǎn)計(jì)劃、分析設(shè)備監(jiān)控和各類生產(chǎn)數(shù)據(jù)。綜合過(guò)程動(dòng)態(tài)畫(huà)面和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)作業(yè)繼承、設(shè)備狀態(tài)、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境等進(jìn)行及時(shí)反饋，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)視與跟蹤，為企業(yè)的安全生產(chǎn)和管理決策提供支撐，發(fā)揮自動(dòng)效能，為企業(yè)創(chuàng)造效益。

3.小結(jié)

我國(guó)煤礦自動(dòng)化的發(fā)展還遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后與世界先進(jìn)國(guó)家的水平，還存在許多有待于研究和解決的問(wèn)題，需要在實(shí)踐中不斷地發(fā)展和提高。筆者認(rèn)為，未來(lái)煤礦自動(dòng)化將向著現(xiàn)場(chǎng)信息自動(dòng)化控制、煤礦遠(yuǎn)程集控中心和集中控制的全礦井過(guò)程自動(dòng)化方向發(fā)展。

[1]王寶琳.淺談煤礦開(kāi)采中自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用[J].中國(guó)科技財(cái)富,2011(16):91.

[2]胡穗延.煤礦自動(dòng)化和通信技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2007,35(8):1-4.

[3]劉競(jìng)雄.煤礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展策略[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2007,35(10):19-23.

[4]趙建盛.論煤礦通風(fēng)中自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用[J].中小企業(yè)管理與科技,2011(30):167-168.

[5]曹繼明.關(guān)于煤礦自動(dòng)化的幾點(diǎn)探討[J].科技創(chuàng)業(yè)家,2011(1):153.

[6]王勇.我國(guó)煤礦綜合自動(dòng)化技術(shù)綜述[J].電氣技術(shù),2006(9):22-26.