淺談機電一體化在煤礦行業(yè)中的應(yīng)用

文/王小方，淮南舜天合成材料有限公司

1 煤礦機電一體化技術(shù)發(fā)展

機電一體化是機械、微電子、控制、計算機、信息處理等多學(xué)科的交叉融合，其發(fā)展和進(jìn)步有賴于相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，其主要發(fā)展方向有數(shù)字化、智能化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、人性化、微型化、集成化、帶源化和綠色化。機電一體化技術(shù)順應(yīng)了當(dāng)今科學(xué)技術(shù)發(fā)展的規(guī)律，顯示了強大的生命力。由于煤炭生產(chǎn)是將數(shù)百、數(shù)千萬噸煤炭從地層深處采掘、運送到地面，因此需采用大量的機電設(shè)備才能實現(xiàn)這一目標(biāo)，而機電一體化煤礦產(chǎn)品則是實現(xiàn)高產(chǎn)高效的最好選擇。機電一體化將機械與電子技術(shù)融為一體，使物流、能流、信息流融為一體。

2 機電一體化技術(shù)在煤礦中的主要應(yīng)用

煤礦機電一體化產(chǎn)品已經(jīng)應(yīng)用到許多煤礦。國產(chǎn)的以計算機為核心的電牽引采煤機、全數(shù)字直流提升機已占領(lǐng)國內(nèi)市場，我國已經(jīng)能生產(chǎn)用計算機監(jiān)控的掘進(jìn)機、膠帶運輸機、礦井供電設(shè)備等。另外，煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)、礦井生產(chǎn)過程自動控制和信息化管理、圖像監(jiān)視、關(guān)鍵設(shè)備和主要工作地點、調(diào)度室的裝備實現(xiàn)數(shù)字化、計算機網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)在生產(chǎn)調(diào)度、財務(wù)、人力資源、設(shè)備、銷售及辦公自動化都得到了普遍的應(yīng)用。

2.1 機電一體化技術(shù)在采煤機中的應(yīng)用

機電一體化技術(shù)在采煤機的一個典型應(yīng)用就是電牽引采煤機。近年來，我國電牽引采煤機的研發(fā)在消化吸收國外引進(jìn)采煤機技術(shù)的基礎(chǔ)上取得了長足的進(jìn)步，在我國煤礦綜合機械化采煤工作面，國產(chǎn)采煤機已經(jīng)占據(jù)主導(dǎo)地位，完全采用國產(chǎn)裝備的高產(chǎn)高效工作面不斷涌現(xiàn)。

2.2 機電一體化技術(shù)在帶式輸送機中的應(yīng)用

帶式輸送機是我國煤礦井下輸送系統(tǒng)的主要運輸設(shè)備，具有長距離連續(xù)輸送、輸送量大、運行可靠、效率高和易于實現(xiàn)自動化等特點。因此，近幾年來帶式輸送機已成為機電一體化技術(shù)的研究重點。目前主要采用機、電、液一體化的CST可控軟啟動裝置。它是一種專門為煤炭或金屬礦石的長距離皮帶運輸機而設(shè)計的軟驅(qū)動裝置。一條皮帶運輸機可以由一臺或幾臺CST驅(qū)動。

2.3 機電一體化技術(shù)在礦井提升機中的應(yīng)用

礦井提升機是目前煤礦機電一體化、自動化水平最高的設(shè)備，全數(shù)字化交直流提升機。伴隨著機電一體化水平在煤礦建設(shè)中的迅猛發(fā)展，也推動了煤礦建設(shè)和生產(chǎn)的全面技術(shù)改造，巷道運輸也朝著大功率、大運量、長距離全自動化發(fā)展，CST技術(shù)具有起動能力優(yōu)良、可控停車能力強、多驅(qū)點功率之間平衡，對過載能力的響應(yīng)時間短，驗帶速度運行時間無限，CST安裝在低速軸，充分的電腦控制，監(jiān)控參數(shù)可進(jìn)入“裝置網(wǎng)”（Device net）等優(yōu)點，尤其是內(nèi)裝式提升機，從結(jié)構(gòu)上將滾筒和驅(qū)動合為一體，機械結(jié)構(gòu)大大簡化，充分體現(xiàn)了機械—電力電子—計算機—自動控制的綜合體。而全數(shù)字化提升機的高度可靠，采用總線方式，大大簡化了電器安裝，此外，該設(shè)備具有運行效率高，操作簡單方便，維護(hù)量小，使用人員少，生產(chǎn)能力強，能耗低，對系統(tǒng)可實現(xiàn)安全分級保密，標(biāo)準(zhǔn)的PLC控制，清晰可見的用戶界面，帶有操作員接口的預(yù)防性監(jiān)測和保護(hù)系統(tǒng)等優(yōu)點。

2.4 機電一體化技術(shù)在掘進(jìn)機中的應(yīng)用

掘進(jìn)機是目前大多數(shù)煤礦廣泛使用的掘進(jìn)機械，其電氣部分普遍采用了由礦用隔爆兼本質(zhì)安全型開關(guān)箱（以下簡稱開關(guān)箱）、礦用本質(zhì)安全型操作箱（以下簡稱操作箱）、礦用隔爆型電鈴、礦用隔爆型壓扣控制按鈕、隔爆照明燈、掘進(jìn)機用隔爆型三相異步電動機、GJC4低濃度甲烷傳感器等組成的掘進(jìn)機電氣系統(tǒng)。與液壓系統(tǒng)配合操作可實現(xiàn)整機的各種生產(chǎn)作業(yè)。其控制系統(tǒng)將控制和保護(hù)功能模塊化（主控制器）、有故障記憶功能、有應(yīng)急遙控功能（遙控器）、操作箱液晶屏與開關(guān)箱顯示儀表同步顯示、開關(guān)箱與操作箱之間的通訊采用動力載波技術(shù)，僅用兩芯通訊電纜便可實現(xiàn)，通訊電纜采用快速插頭連接方式。整個電氣系統(tǒng)具有設(shè)計理念新、保護(hù)功能全、顯示功能強大、內(nèi)部元件配置高、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便、可靠性高等特點。以可編程控制器PLC為核心，對油泵、截割、二運電機的過壓、欠壓、短路、超溫、過載、過流、三相不平衡、電機絕緣進(jìn)行監(jiān)控和保護(hù)，同時顯示各電機運行狀態(tài)、工作電壓、截割電機負(fù)荷和各種故障信息?？刂苹芈肥且钥删幊炭刂破鳎ê喎QP LC）為核心，通過RS485 通訊接受操作箱的控制信號，通過內(nèi)部程序運算控制繼電器輸出，實現(xiàn)各電機的啟動和停止。

2.5 機電一體化技術(shù)在礦井安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

從多數(shù)煤礦使用監(jiān)控系統(tǒng)的效果來看，還存在一些問題，但是主要問題是傳感器的不足，并且使用過程中，其穩(wěn)定性相對較差，使用壽命不足，一些研究所和使用單位在這方面進(jìn)行了大量的研究，對一些關(guān)鍵技術(shù)也實施多次再設(shè)計改進(jìn)措施，但仍然沒有得到預(yù)期的效果，因此這些在實際現(xiàn)場應(yīng)用率不是很高。在國外，由于計算機網(wǎng)絡(luò)軟硬件技術(shù)發(fā)展很快，運行速度和質(zhì)量也在不斷提高，傳輸介質(zhì)由同軸電纜發(fā)展到光纜，信息媒體由字符發(fā)展到聲像，煤礦的安全監(jiān)控系統(tǒng)有了很大的發(fā)展，他們的機電一體化技術(shù)在監(jiān)控系統(tǒng)上的應(yīng)用已有了非常高的水平。

3 對煤礦機電一體化技術(shù)的展望

煤礦機電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢是：1)開發(fā)有自主知識產(chǎn)權(quán)的以煤礦開采技術(shù)及配套裝備為主導(dǎo)的核心技術(shù),研究具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心裝置；2)增加產(chǎn)品的通信功能,以適應(yīng)綜合自動化的需要；3)開發(fā)以微處理器和微機為基礎(chǔ)的礦井設(shè)備工況和健康監(jiān)測以及微處理器、計算機和專家系統(tǒng)的應(yīng)用等；4)煤礦機器人仍然是煤礦機電一體化技術(shù)今后研究的重點之一。

4 結(jié)束語

隨著煤礦生產(chǎn)控制水平和規(guī)模的要求越來越高，從而進(jìn)一步加速機電一體化技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。目前各種高新技術(shù)已經(jīng)滲入到機電一體化技術(shù)之中，這些技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使機電一體化產(chǎn)品功能更強大、性能更優(yōu)越，智能化程度也越來越高。不僅減輕了操作人員的勞動強度，而且極大地提高了煤礦的生產(chǎn)水平，因此，采用新的機電一體化技術(shù)裝備的煤礦企業(yè)，會獲得更加顯著的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會效益。