煤礦機(jī)電設(shè)備自動化系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)要點(diǎn)

＊于 浩

（山西潞安郭莊煤業(yè)有限責(zé)任公司 山西 046100）

引言

鑒于煤礦能源開采的難度逐漸增大，所面臨的開采環(huán)境也更為惡劣，如果還是采取人工開采的方式將對作業(yè)人員的人身安全構(gòu)成極大威脅，同時也難以保障煤礦能源的開采效率。針對此類問題，煤礦企業(yè)紛紛加大了對機(jī)電自動化設(shè)備的投入力度，希望借助自動化設(shè)備來代替人工開采，在保障作業(yè)安全的同時提高開采效率。在不斷發(fā)展的過程中，大部分煤礦開采企業(yè)均已認(rèn)識到了自動化生產(chǎn)的重要性，并且積極研究煤礦機(jī)電設(shè)備自動化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。

1.煤礦機(jī)電設(shè)備自動化系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的基本原則

(1)經(jīng)濟(jì)性原則

針對機(jī)電設(shè)備自動化系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時，既要考慮煤礦開采的實(shí)際要求，使其功能性符合具體工況要求，還應(yīng)考慮到經(jīng)濟(jì)性因素，即保障前期的設(shè)備投入能夠創(chuàng)造更好的生產(chǎn)價值。另外，采用機(jī)電設(shè)備自動化系統(tǒng)來代替人工生產(chǎn)也可降低一定的生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，使煤礦企業(yè)得以健康發(fā)展。

(2)安全性原則

現(xiàn)階段的煤礦開采工作所面臨的生產(chǎn)環(huán)境較為復(fù)雜，在實(shí)際生產(chǎn)過程中存在多種安全隱患。機(jī)電設(shè)備自動化技術(shù)的應(yīng)用可以借助自動化設(shè)備來代替人工開采，這在一定程度上提升了煤礦開采的安全性。而在針對系統(tǒng)功能進(jìn)行設(shè)計(jì)時也需要結(jié)合煤礦開采區(qū)域的工況，有針對性的優(yōu)化系統(tǒng)功能，確保其能夠結(jié)合具體的工況完成自動化開采，實(shí)現(xiàn)高效、安全開采的最終目標(biāo)。

2.機(jī)電設(shè)備自動化系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)要點(diǎn)

(1)相關(guān)技術(shù)

①數(shù)字集成技術(shù)

機(jī)電設(shè)備自動化系統(tǒng)中，數(shù)字集成技術(shù)的應(yīng)用目的是對系統(tǒng)中各個層級的信息進(jìn)行采集和集中處理，并由決策層下達(dá)指令，實(shí)現(xiàn)自動化操作。在煤礦開采的過程中，遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)發(fā)揮著突出的作用，通過對各類工況信息和開采信息的集中處理，下達(dá)動作指令，在數(shù)字集成技術(shù)的作用下可實(shí)現(xiàn)對整個系統(tǒng)中數(shù)據(jù)信息的有效傳輸，保障煤礦開采動作的高效性和安全性。機(jī)電設(shè)備自動化控制系統(tǒng)架構(gòu)見圖1：

圖1 機(jī)電設(shè)備自動化控制系統(tǒng)架構(gòu)

②信息集成系統(tǒng)

信息集成系統(tǒng)主要由IFIX組件以及Web服務(wù)器共同組成，該系統(tǒng)屬于信息集成處理的核心平臺。在實(shí)際生產(chǎn)的過程中，系統(tǒng)中的各類數(shù)據(jù)匯入該平臺并完成集成處理，保障對各類數(shù)據(jù)信息的高效開發(fā)與利用。在該集成系統(tǒng)中所生成的數(shù)據(jù)和報(bào)表信息等可在不同的終端平臺上瀏覽，為具體的煤礦開采工作提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持[1]。

③網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)在機(jī)電設(shè)備自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用可通過通訊組態(tài)來實(shí)現(xiàn)信息的及時共享。尤其是在進(jìn)行井下作業(yè)時，可以借助網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)對井下作業(yè)狀況的實(shí)時了解，該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用可保障信息傳輸效率。系統(tǒng)操作人員可以通過井下攝像機(jī)所傳遞的圖像信息和語音信息對系統(tǒng)操作進(jìn)行及時調(diào)整，從根本上提升煤礦生產(chǎn)的有效性。

(2)系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

①井下皮帶集控模塊

井下皮帶集控系統(tǒng)主要由通信平臺、PLC控制站以及地面監(jiān)控系統(tǒng)共同組成，為了保障地面監(jiān)控系統(tǒng)的持續(xù)作業(yè)，對煤礦開采的整個過程進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，需遵循冗余技術(shù)原則，設(shè)置兩臺計(jì)算機(jī)，確保當(dāng)一臺計(jì)算機(jī)發(fā)生故障時，另一臺計(jì)算機(jī)可繼續(xù)發(fā)揮作用。其中的PLC控制站是保障系統(tǒng)良性運(yùn)行的核心，主要是通過對各類信號的采集來及時了解井下作業(yè)狀況，實(shí)現(xiàn)對井下作業(yè)的有效控制。此外，井下集控系統(tǒng)與地面監(jiān)控系統(tǒng)的良好通信，也能保障系統(tǒng)各功能的有效協(xié)同，實(shí)現(xiàn)對井下皮帶系統(tǒng)的集成控制，從根本上提升煤礦開采的效率[2]。

為了提升井下皮帶集控的可靠性，系統(tǒng)中對膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)的控制方式進(jìn)行了細(xì)分，一種為自動控制方式，一種為手動控制方式。此種控制方式的設(shè)計(jì)可以在發(fā)生系統(tǒng)運(yùn)行故障時采取手動控制方式，保障膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，降低系統(tǒng)故障問題對井下作業(yè)效率的影響。尤其是在發(fā)生突發(fā)性的故障問題時，采取手動控制措施可以降低井下作業(yè)中的安全風(fēng)險(xiǎn)。該系統(tǒng)運(yùn)行中還可實(shí)現(xiàn)對膠帶運(yùn)輸運(yùn)行狀況的實(shí)時檢測，這在一定程度上提升了井下作業(yè)的可靠性。

②設(shè)備故障預(yù)警模塊

機(jī)電設(shè)備自動化控制系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用的過程中很可能由于部分設(shè)備損壞而影響煤礦開采的效率，在無法及時發(fā)現(xiàn)和排除故障問題的情況下很可能造成大范圍的故障問題，嚴(yán)重影響煤礦生產(chǎn)?；诖祟悊栴}，在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，應(yīng)在其中設(shè)置故障檢測和報(bào)警功能，采用PLC控制程序?qū)崟r監(jiān)測系統(tǒng)中各設(shè)備的運(yùn)行狀況，一旦發(fā)現(xiàn)參數(shù)輸入錯誤或者與實(shí)際設(shè)定程序出現(xiàn)偏差的動作，便可及時發(fā)出警報(bào)，并對故障位置和故障表現(xiàn)進(jìn)行明確，使相關(guān)檢修人員能夠在短時間內(nèi)確定故障位置，及時排除故障問題[3]。另外，也可在系統(tǒng)中引入智能化技術(shù)通過有效的編程設(shè)計(jì)對各機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，并在系統(tǒng)內(nèi)部完成對設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量的分析，當(dāng)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行異?，F(xiàn)象時通過對集成數(shù)據(jù)的分析，提出對應(yīng)的解決方案，從根本上增強(qiáng)機(jī)電設(shè)備自動化系統(tǒng)的應(yīng)用成效，促使其在煤礦開采工作中發(fā)揮更大的作用和價值。

③調(diào)度應(yīng)用模塊

煤礦開采過程中，機(jī)電設(shè)備自動化控制系統(tǒng)發(fā)揮著突出的作用。在近些年的發(fā)展中，隨著對機(jī)電設(shè)備自動化控制技術(shù)的研究與應(yīng)用，對自動化系統(tǒng)的功能進(jìn)行了逐步的完善，同時也結(jié)合煤礦開采作業(yè)中的應(yīng)用需求對調(diào)度應(yīng)用界面進(jìn)行了簡化，系統(tǒng)界面見圖2。在系統(tǒng)界面中，設(shè)置了較為明確的用戶操作模塊和管理模塊，在系統(tǒng)控制頁面中，用戶可根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)操作要求，調(diào)取相關(guān)的生產(chǎn)參數(shù)，并且將一些信號以圖像形式顯示，根據(jù)實(shí)際操作需求用戶可對圖像窗口執(zhí)行拉伸操作和拖拽操作，為調(diào)度控制工作提供了極大的便利。系統(tǒng)界面還可追蹤各類信息源，并顯示設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)和參數(shù)，當(dāng)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)異常時，可直接在界面上給出提示。之后提出相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案，供操作者選擇。系統(tǒng)運(yùn)行過程中的所有操作均有信息記錄，這為后期的系統(tǒng)維護(hù)和設(shè)備維護(hù)提供了較為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。另外，在系統(tǒng)界面中可以查看井下作業(yè)狀態(tài)，在網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的支持下及時同步井下作業(yè)信息，確保在發(fā)生安全問題時，能夠及時對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)做出調(diào)整，將安全事故的影響降至最低。

圖2 控制系統(tǒng)界面

3.結(jié)語

隨著煤礦開采難度的加深，對煤礦開采的作業(yè)要求也有了一定的改變。除了要保障煤礦開采效率以外，還應(yīng)保障開采作業(yè)的安全性。因此，有必要借助機(jī)電自動化控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及數(shù)字集成技術(shù)等構(gòu)建起機(jī)電設(shè)備自動化控制系統(tǒng)，借助大量的自動化設(shè)備來代替人工開采。上文中明確了機(jī)電自動化系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)的基本原則，并結(jié)合實(shí)際的煤礦開采需求對其系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)進(jìn)行了具體分析，以其能夠?yàn)榻窈蟮拿旱V開采工作提供一定的借鑒，使其能夠更好的促進(jìn)煤礦開采事業(yè)的健康發(fā)展。