煤礦機(jī)械中機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用研究

王繼業(yè)

【摘要】機(jī)電一體化是由機(jī)械、微電以及信息等若干工程技術(shù)交織所形成的學(xué)科方向。機(jī)電一體化作為工程領(lǐng)域內(nèi)的一次重大革新，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在各行各業(yè)。其中，煤礦機(jī)械領(lǐng)域是一個(gè)很好的范例。將機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用于煤礦機(jī)械中，極大的提升了煤礦企業(yè)綜合實(shí)力與生產(chǎn)的安全性。本文對(duì)煤礦機(jī)械中機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用研究展開了論述。

【關(guān)鍵詞】煤礦機(jī)械；機(jī)電一體化；應(yīng)用

隨著現(xiàn)代化科技水平的不斷提升，機(jī)電一體化技術(shù)取得了長(zhǎng)足發(fā)展，帶動(dòng)煤礦機(jī)械業(yè)進(jìn)入到一個(gè)全新的發(fā)展時(shí)期?？萍嫉陌l(fā)展，對(duì)煤礦機(jī)械性能提出更高的要求，在煤礦生產(chǎn)領(lǐng)域，電子控制裝置的應(yīng)用越來越普遍，結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度以及維護(hù)的專業(yè)化程度也日益提高，在此筆者將對(duì)煤礦生產(chǎn)領(lǐng)域中機(jī)電一體化的應(yīng)用進(jìn)行分析和闡述。

一、機(jī)電一體化技術(shù)概述

機(jī)電一體化技術(shù)綜合了機(jī)械學(xué)、微電子學(xué)、信息學(xué)、電工電子學(xué)等各學(xué)科，應(yīng)用了機(jī)械技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感技術(shù)以及控制技術(shù)等。機(jī)電一體化實(shí)質(zhì)并不是借用電子等技術(shù)來簡(jiǎn)化甚至替代機(jī)械，而是要將機(jī)械與電子、計(jì)算機(jī)等有機(jī)結(jié)合起來，使機(jī)電一體化技術(shù)獲得迸一步的提高。機(jī)械與多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域技術(shù)的綜合滲透伴隨著各個(gè)學(xué)科各自逐步發(fā)展，使機(jī)電一體化在20世紀(jì)70至80年代進(jìn)入了蓬蓬發(fā)展階段。在20世紀(jì)90年代的尾期，機(jī)電一體化進(jìn)入了微型化、智能化、系統(tǒng)柔性化、仿生物系統(tǒng)、光電一體化發(fā)展方向。

對(duì)于煤礦生產(chǎn)而言，在很大程度上受煤礦機(jī)械性能自動(dòng)化程度以及經(jīng)濟(jì)性等因素的影響。從一定意義上講，煤礦機(jī)械電器及電子控制系統(tǒng)的質(zhì)量及性能對(duì)煤礦作業(yè)質(zhì)量、生產(chǎn)效率以及煤礦機(jī)械設(shè)備的使用時(shí)限等均具有直接性的影響。當(dāng)前，電子控制系統(tǒng)逐漸成為煤礦生產(chǎn)過程中不可或缺的重要內(nèi)容之一，并且還是對(duì)煤礦現(xiàn)代機(jī)械技術(shù)水平進(jìn)行評(píng)價(jià)的一大重要指標(biāo)；隨著現(xiàn)代化科技水平的不斷提升，電子控制系統(tǒng)在煤礦機(jī)械中的重要性也會(huì)相應(yīng)提升，功能也會(huì)越來越完善，從而對(duì)煤礦機(jī)械設(shè)備的使用人員以及維護(hù)人員提出更高的要求。

二、機(jī)電一體化在煤礦機(jī)械中的應(yīng)用

（一）在線監(jiān)控、自動(dòng)報(bào)警以及故障診斷

所謂在線控制，主要是指利用機(jī)電一體化技術(shù)監(jiān)控煤礦機(jī)械的電動(dòng)機(jī)、工作裝置、傳動(dòng)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)以及制動(dòng)系統(tǒng)等的在線運(yùn)行情況，自動(dòng)報(bào)警，主要是指在對(duì)上述設(shè)備及系統(tǒng)的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控的過程中，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，可以自動(dòng)、及時(shí)的發(fā)出警報(bào)，向相關(guān)人員提示煤礦設(shè)備出現(xiàn)故障的準(zhǔn)確位置，這樣可以在很大程度上減輕設(shè)備維護(hù)人員的工作量，降低工作難度，促進(jìn)煤礦機(jī)械設(shè)備工作效率的進(jìn)一步提升，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械設(shè)備維護(hù)成本的有效控制，不僅如此，還可以有效減少用于機(jī)械設(shè)備維修的時(shí)間，盡可能的延長(zhǎng)煤礦機(jī)械設(shè)備的使用時(shí)間。

（二）提升煤礦機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)化及半自動(dòng)化程度

對(duì)于煤礦生產(chǎn)而言，實(shí)行自動(dòng)化控制或半自動(dòng)化控制，可以在很大程度上降低煤礦工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，促進(jìn)生產(chǎn)效率的不斷提高，不僅如此，借助自動(dòng)化或半自動(dòng)化控制方式，還可以有效控制由于操作人員缺乏相關(guān)經(jīng)驗(yàn)給作業(yè)精確度造成的不利影響。例如，冀中能源黃沙礦于2009年引入一整套薄煤綜采設(shè)備，該設(shè)備的控制系統(tǒng)是由我國(guó)北京天地馬克電液控制系統(tǒng)有限公司與德國(guó)MARCO公司共同研發(fā)的PM31型液壓支架電液控制系統(tǒng)，利用微電腦方式對(duì)相關(guān)的生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行控制，只需要將相應(yīng)的程序輸入到支架操作控制器當(dāng)中，便可以確保支架連續(xù)自動(dòng)運(yùn)行，不僅如此，還能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程控制以及無(wú)人操作等。

（三）有效節(jié)約能源提升生產(chǎn)效率

在煤礦機(jī)械中引入機(jī)電一體化技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)能源消耗的有效控制，并且對(duì)于煤礦生產(chǎn)效率的提升發(fā)揮著極為關(guān)鍵的作用。如在煤礦作業(yè)過程中，作為常見的諸如通風(fēng)機(jī)、膠帶輸送機(jī)以及提升機(jī)等井下設(shè)備，利用可編程邏輯控制器以及變頻啟動(dòng)等技術(shù)，可以有效降低用電量，相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，引入可編程邏輯控制器以及變頻啟動(dòng)等技術(shù)之后，井下作業(yè)設(shè)備的電量減少了三成左右，并且生產(chǎn)效率也有明顯提升。圖1所示為基于El立PLC技術(shù)的煤礦通風(fēng)節(jié)能控制系統(tǒng)的基本構(gòu)造示意圖。

如上圖所示的煤礦通風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)采用了先進(jìn)的工業(yè)自動(dòng)化、測(cè)控、變頻和通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行全自動(dòng)尋優(yōu)控制，有效的降低能耗，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高經(jīng)濟(jì)效益和設(shè)備的使用壽命。除此之外，設(shè)備的各項(xiàng)報(bào)警和保護(hù)功能齊全，安全系數(shù)大大提高。

三、機(jī)電一體化用于煤礦機(jī)械中的意義及發(fā)展趨勢(shì)

（一）機(jī)電一體化用于煤礦機(jī)械中的意義

解放勞動(dòng)力，提高煤礦機(jī)械工作效率，提高煤炭綜合生產(chǎn)實(shí)力與經(jīng)濟(jì)效益。煤礦機(jī)械機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用革新了以往設(shè)備功率小、工作效率低下、甚至有些是手工作業(yè)的局面，實(shí)現(xiàn)機(jī)械智能化，解放了勞動(dòng)力的同時(shí)大大提高生產(chǎn)綜合實(shí)力，穩(wěn)定了作業(yè)人員工作情緒，從而更易提高人們的工作效率。同時(shí)生產(chǎn)力的增強(qiáng)，使產(chǎn)量大幅度上升，成本降低，增加了煤炭生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益，使員工福利待遇收入有更大提升。

提高煤礦開采工作環(huán)境的安全性。井下作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度很大，工作時(shí)間長(zhǎng)，煤礦工人的生命安全沒有保障。將機(jī)電一體化技術(shù)引入煤礦機(jī)械之中，對(duì)于危險(xiǎn)環(huán)境不再只能由人工而由智能機(jī)械設(shè)備完成，同時(shí)設(shè)備的安全穩(wěn)定性越來越高，為煤礦作業(yè)人員工作環(huán)境的安全性奠定基礎(chǔ)。另外，一些監(jiān)測(cè)設(shè)備更加精準(zhǔn)完善，在一定程度上避免了意外事故的發(fā)生。

（二）機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

1.網(wǎng)絡(luò)化

煤礦監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程終端設(shè)備等本身就利用了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，是煤礦機(jī)械中機(jī)電一體化的產(chǎn)品之一，而未來伴隨網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)、機(jī)電等技術(shù)勢(shì)必會(huì)有著更加巨大的發(fā)展革新。煤礦機(jī)械中機(jī)電一體化技術(shù)隨著網(wǎng)絡(luò)的籠罩，相信會(huì)大面積網(wǎng)絡(luò)化，為煤礦安全生產(chǎn)帶來極大便利。

2.智能化

智能化指將人的思維邏輯辨別能力應(yīng)用于機(jī)械之中，模擬出人工智能，令其接近人的智能，從而具備自動(dòng)控制功能，高效運(yùn)行設(shè)備。

3.綠色化

所謂綠色化就是污染性小，噪聲小，性能高，即使機(jī)器報(bào)廢后可回收加工利用。生產(chǎn)工業(yè)綠色化也是當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展趨勢(shì)，是人類和地球生態(tài)環(huán)境得以和平可持續(xù)發(fā)展的一大趨勢(shì)，也是煤礦機(jī)械機(jī)電一體化技術(shù)的未來發(fā)展趨勢(shì)。

4.技術(shù)交流開放化

雖然我國(guó)煤礦機(jī)械機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用范圍越來越廣泛，但是技術(shù)與先進(jìn)國(guó)家比還存在很大差距。吸取國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，再根據(jù)我國(guó)具體情況進(jìn)一步二次研發(fā)改造，研制出適合本土的機(jī)電一體化新產(chǎn)品，從而提高產(chǎn)品的科學(xué)高效性。相信這也是未來煤礦機(jī)械中機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

四、結(jié)束語(yǔ)

隨著經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展以及社會(huì)的不斷進(jìn)步，對(duì)機(jī)電一體化提出的要求也相應(yīng)提高，這也在一定程度上促進(jìn)了機(jī)電一體化技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和完善。當(dāng)前機(jī)電一體化技術(shù)中已經(jīng)融入了諸如網(wǎng)絡(luò)、光纖以及人工智能等一系列的新功能技術(shù)。具體到煤礦生產(chǎn)領(lǐng)域中，在生產(chǎn)作業(yè)中引入機(jī)電一體化技術(shù)能夠在很大程度上提升工作效率以及作業(yè)的安全性程度，進(jìn)而確保煤礦企業(yè)實(shí)現(xiàn)健康穩(wěn)定的發(fā)展。

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