自動(dòng)化技術(shù)在礦山機(jī)電控制中的應(yīng)用研究

＊趙 劍

（陽煤開元礦調(diào)度信息中心 山西 045400）

引言

在礦山機(jī)電設(shè)備控制中合理運(yùn)用自動(dòng)化技術(shù)，是時(shí)代發(fā)展與科技進(jìn)步所帶來的結(jié)果，同時(shí)也是礦產(chǎn)開采行業(yè)尋求發(fā)展的必然趨勢。通過先進(jìn)的技術(shù)支持，不僅可以使礦產(chǎn)開采的質(zhì)量和效率獲得進(jìn)一步的提升，而且還能夠有效降低礦產(chǎn)開采環(huán)節(jié)中的危險(xiǎn)性。因此，為了獲得更加穩(wěn)定的發(fā)展，礦山開采行業(yè)就必須借助自動(dòng)化技術(shù)的優(yōu)勢來改善和優(yōu)化傳統(tǒng)開采模式中的不足之處，為該行業(yè)的健康發(fā)展夯實(shí)根基。

1.傳統(tǒng)礦產(chǎn)開采模式的基本概況分析

礦山開采及生產(chǎn)環(huán)節(jié)相較其他領(lǐng)域而言有著許多不同之處，比如說煤礦的開采環(huán)境非常艱苦，井下的工作環(huán)境存在較多的不穩(wěn)定因素，增加了其開采的危險(xiǎn)性，尤其是礦井中的毒氣問題，假如不予以重視，極有可能會(huì)在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中出現(xiàn)氣體爆炸或者工作人員中毒等情況，進(jìn)而影響到煤礦資源開采工作的順利實(shí)施，同時(shí)也會(huì)給開采工作造成相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)損失。傳統(tǒng)礦產(chǎn)開采模式主要依靠人工操作進(jìn)行，這種模式中存在一定的缺陷和不足，比如對礦山機(jī)電運(yùn)行程度的控制問題以及各種機(jī)電設(shè)備操作方式的差異性問題，假如操作人員不具備較高的專業(yè)能力，則極有可能會(huì)增加人工失誤情況的發(fā)生，從而影響到機(jī)電設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，使開采成本無端增加，進(jìn)而影響到整體的經(jīng)濟(jì)效益。隨著科技水平的日益發(fā)展，將自動(dòng)化技術(shù)合理運(yùn)用于礦山機(jī)電控制之中，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)電設(shè)備中各類型控制模塊的多元化組合，并且還可以進(jìn)一步優(yōu)化控制模塊編程系統(tǒng)，使自動(dòng)化的控制效果得到進(jìn)一步的提升，這樣做可以有效縮減生產(chǎn)的工作量，同時(shí)還可以結(jié)合礦山機(jī)電現(xiàn)場的實(shí)際情況作出合理調(diào)整。

2.自動(dòng)化控制的必要性及優(yōu)勢

(1)必要性

現(xiàn)階段，隨著資源需求的不斷增加，礦山生產(chǎn)的機(jī)械設(shè)備也必須不斷進(jìn)步。在此基礎(chǔ)上，合理優(yōu)化和升級(jí)采礦工藝，主要體現(xiàn)在提高礦山機(jī)電設(shè)備的數(shù)量和性能上。自動(dòng)控制技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的無人操作，整個(gè)設(shè)備的操作更容易，所需人數(shù)相對較少，有效降低了生產(chǎn)過程中的投入成本。同時(shí)，自動(dòng)化技術(shù)也可以有效地提高礦山生產(chǎn)的安全性。由于參與生產(chǎn)系統(tǒng)的人員較少，可以防止事故發(fā)生，減少人員傷害，提高整個(gè)礦山生產(chǎn)的安全系數(shù)。

(2)優(yōu)勢

由于該礦的作業(yè)過程大部分在地下完成，該礦的實(shí)際地下環(huán)境相對復(fù)雜，有時(shí)溫度較高，礦體開采過程中釋放出有毒有害氣體，可能對工人的健康構(gòu)成一定威脅。同時(shí)，機(jī)電設(shè)備的操作過程相對復(fù)雜，有許多連接和不同技術(shù)的組合。在傳統(tǒng)的控制模式下，機(jī)電設(shè)備的安全性能低，手動(dòng)操作成本高，能耗大。在此基礎(chǔ)上，自動(dòng)化技術(shù)對提高機(jī)電設(shè)備的整體能力起著重要作用。機(jī)電設(shè)備的控制過程一般包括對不同類型模塊的控制，自動(dòng)化可以實(shí)現(xiàn)不同模塊之間的靈活組合，保證每個(gè)模塊都有其相應(yīng)的實(shí)用性和延展性，相應(yīng)的編程程序更清晰。自動(dòng)控制技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)過程中可操作性強(qiáng)，使用過程相對方便。通過流程圖可以實(shí)現(xiàn)其整個(gè)操作過程，操作過程中對人員的需求較低。為了適應(yīng)復(fù)雜的井下生產(chǎn)環(huán)境，有必要借助自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)對井下機(jī)電設(shè)備的控制。同時(shí)，為避免干擾設(shè)備上的外部環(huán)境，PLC應(yīng)包括穩(wěn)壓模塊和屏蔽模塊。

3.在礦山機(jī)電控制中應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)的積極意義分析

結(jié)合礦山開采各個(gè)環(huán)節(jié)來看，機(jī)電設(shè)備在其中發(fā)揮著非常重要的作用，它的運(yùn)行效率和控制性的優(yōu)良直接關(guān)乎著礦產(chǎn)資源的開采效果和質(zhì)量。但是，通過上面論述不難了解到，傳統(tǒng)礦山機(jī)電設(shè)備主要是依靠人工操作，這種模式使礦產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)成本無法得到有效縮減，對企業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益有著非常不利的影響。因此，伴隨時(shí)代的發(fā)展和進(jìn)步，運(yùn)用自動(dòng)化技術(shù)來改善傳統(tǒng)礦山開采模式中的缺陷和不足是勢在必行的。

針對礦山機(jī)電控制中自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢而言，我們可以結(jié)合以下兩點(diǎn)進(jìn)行分析：

其一，使礦產(chǎn)開采的質(zhì)量和效率得到了大幅度的提升。通過在礦山機(jī)電控制中運(yùn)用自動(dòng)化技術(shù)，使整個(gè)生產(chǎn)流程得到了簡化，并且還能夠?yàn)闄C(jī)電設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性提供堅(jiān)實(shí)的保障。不僅如此，在自動(dòng)化技術(shù)的運(yùn)用階段，還可以有效縮減人工成本的投入，避免了人工失誤情況的發(fā)生，從而為礦產(chǎn)企業(yè)帶來更加豐厚的經(jīng)濟(jì)效益。

其二，自動(dòng)化技術(shù)的參與還使機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行質(zhì)量有了更好的優(yōu)化，在以機(jī)電設(shè)備高效運(yùn)行為基礎(chǔ)的前提下，使整個(gè)開采環(huán)節(jié)的安全性得到了保障，大大降低了安全事故的發(fā)生概率，使工作人員的生命安全免受威脅。由此可以分析得出，在礦山機(jī)電控制中運(yùn)用自動(dòng)化技術(shù)是推動(dòng)礦產(chǎn)企業(yè)走向可持續(xù)發(fā)展道路的重要途徑，對于礦產(chǎn)開采行業(yè)的未來發(fā)展皆具有非常深遠(yuǎn)的意義。

4.礦山機(jī)電控制中自動(dòng)化技術(shù)的具體應(yīng)用分析

(1)在礦山膠帶機(jī)中的具體應(yīng)用

在對礦山膠帶機(jī)進(jìn)行控制時(shí)，一般會(huì)運(yùn)用不同類型的自動(dòng)裝置和電力系統(tǒng)使外在力量的制動(dòng)力發(fā)生改變，該裝備具有優(yōu)秀的可控性特點(diǎn)，可以通過充足的傳送力使工作期間的傳送速度發(fā)生變化，并且還可以對其數(shù)據(jù)信息進(jìn)行更好的完善。在具體的運(yùn)行環(huán)節(jié)中，通過設(shè)置相關(guān)數(shù)據(jù)來對井下的情況進(jìn)行檢測，在減緩系統(tǒng)數(shù)據(jù)運(yùn)行速率的同時(shí)來提升系統(tǒng)的平穩(wěn)性。將自動(dòng)化技術(shù)運(yùn)用在礦山膠帶機(jī)的控制環(huán)節(jié)中，通常會(huì)借助KZP系列盤式自動(dòng)控制技術(shù)來對礦山膠帶機(jī)的整體運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)把控，并及時(shí)給出反饋結(jié)果，與此同時(shí)還會(huì)生成相應(yīng)指令，來對礦山膠帶機(jī)的自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和檢測，并結(jié)合檢測到的數(shù)據(jù)信息發(fā)出相應(yīng)的調(diào)節(jié)指令，以此來保障礦山膠帶機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的安全性和穩(wěn)定性。例如：PLC應(yīng)用于礦井膠帶機(jī)的控制原理圖。其原理見圖1。

(2)在井下風(fēng)門中的具體應(yīng)用

礦山開采環(huán)節(jié)中主要是通過人工操作來實(shí)現(xiàn)風(fēng)門的開閉，井下風(fēng)門由于承受較大壓力，所以在開閉的實(shí)際操作中會(huì)給工作人員增加相應(yīng)難度，并且還有著一定的危險(xiǎn)性。因此，為了有效改善這一問題，就應(yīng)合理運(yùn)用自動(dòng)化技術(shù)來加強(qiáng)對井下風(fēng)門的控制效果，比如說通過紅外線感應(yīng)器來對車輛進(jìn)行檢查，縮減人工操作的流程，并運(yùn)用具備編程功能的操控器來實(shí)現(xiàn)對風(fēng)門的自動(dòng)開閉，從而確保車輛的正常通行。除此之外，工作人員還可以通過操控器來合理調(diào)節(jié)井下的壓強(qiáng)差，使風(fēng)門啟閉時(shí)的安全性得到進(jìn)一步的提升，在具體的工作環(huán)節(jié)中，應(yīng)確保兩端壓強(qiáng)差的平衡性和穩(wěn)定性。

圖1 PLC在控制三臺(tái)皮帶機(jī)原理圖

(3)在安全車門中的具體應(yīng)用

結(jié)合傳統(tǒng)的工作模式來看，其中跑車現(xiàn)象發(fā)生的頻次較高，如果不妥善解決該問題，必然會(huì)影響到開采工作的順利實(shí)施。通過對自動(dòng)化技術(shù)的合理應(yīng)用，可以設(shè)立安全門自動(dòng)設(shè)備來對各種設(shè)備的啟動(dòng)實(shí)施合理控制，同時(shí)將該技術(shù)運(yùn)用到巷道中，就可以更好地保證安全車門在不工作的時(shí)候一直處于關(guān)閉狀態(tài)。在礦車進(jìn)入工作現(xiàn)場時(shí)會(huì)自動(dòng)觸碰開關(guān)開啟安全門，這樣可以有效降低跑車現(xiàn)象的發(fā)生頻次，確保機(jī)電設(shè)備控制的有效性。除此之外，通過自動(dòng)化技術(shù)的運(yùn)用，還可以有效避免礦車受到任何損壞，從而達(dá)到縮減生產(chǎn)成本的目的。

(4)在提升機(jī)中的具體應(yīng)用

伴隨科技水平的不斷提升，自動(dòng)化技術(shù)也得到了相應(yīng)的優(yōu)化和完善，在以往的礦山提升機(jī)中運(yùn)用的繼電器控制被帶有編程功能的控制器所取代。在具體的工作環(huán)節(jié)中，通過自動(dòng)化技術(shù)的合理應(yīng)用，為提升機(jī)的安全運(yùn)行提供了必要的技術(shù)保障。在對礦山提升機(jī)進(jìn)行改良時(shí)，應(yīng)把之前運(yùn)用的操控平臺(tái)進(jìn)行拆除，然后裝置最新的操作平臺(tái)。除此之外，針對傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的改良而言，應(yīng)需要裝置帶有轉(zhuǎn)化性能的電站，這樣做才可以保證在整個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中依然能夠運(yùn)用舊的操作系統(tǒng)，從而保證整個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)免受影響。

針對礦山開采環(huán)節(jié)而言，必須要保證機(jī)電設(shè)備運(yùn)行的平穩(wěn)性，這就需要技術(shù)人員充分落實(shí)好相關(guān)設(shè)備的調(diào)試和檢查工作，并在準(zhǔn)備階段對機(jī)電設(shè)備實(shí)施合理調(diào)整，在多次試驗(yàn)達(dá)標(biāo)之后，才能夠投入到實(shí)際的工作環(huán)節(jié)中。假如在使用階段出現(xiàn)任何問題，則應(yīng)該立即停止使用，同時(shí)針對問題源頭制定出妥善的解決措施，盡全力來降低安全風(fēng)險(xiǎn)，使自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用效果和效率得到進(jìn)一步的提升，從而為礦產(chǎn)企業(yè)創(chuàng)造出更多的經(jīng)濟(jì)利益。例如：變頻電控系統(tǒng)應(yīng)用于提升系統(tǒng)，見圖2。

圖2 變頻電控系統(tǒng)在提升系統(tǒng)的應(yīng)用

(5)在螺桿空壓機(jī)中的應(yīng)用

在礦井機(jī)電應(yīng)用過程中，與傳統(tǒng)空壓機(jī)的功能相比，機(jī)電控制具有較強(qiáng)的實(shí)用性和較高的穩(wěn)定性，在空壓機(jī)的應(yīng)用中逐漸推廣。螺桿式空氣壓縮機(jī)在設(shè)備運(yùn)行過程中的四個(gè)基本步驟是：抽油、抽氣、壓縮和排氣、密封和運(yùn)輸。其主要工作原理是：通過旋轉(zhuǎn)空氣壓縮機(jī)中的螺桿，驅(qū)動(dòng)殼體的齒輪槽與螺桿交叉連接，使油和空氣從吸入口進(jìn)入機(jī)體。隨著網(wǎng)面和槽體的不斷旋轉(zhuǎn)，螺桿式空氣壓縮機(jī)關(guān)閉內(nèi)部油和空氣的密封，并將其輸送至排氣口。隨著齒輪槽嚙合面的逐漸減小，油和空氣被壓縮，直到齒槽的嚙合面到達(dá)排氣接頭，從而將壓縮空氣和油釋放到螺桿空氣壓縮機(jī)的外部。為了有效控制螺桿式空氣壓縮機(jī)運(yùn)行期間的排氣量，應(yīng)控制螺桿的旋轉(zhuǎn)頻率。

一旦排氣量超標(biāo)，空壓機(jī)可以通過控制變頻控制裝置來調(diào)整旋轉(zhuǎn)頻率，將空壓機(jī)的排氣量控制在合理范圍內(nèi)，不僅可以保證排氣壓力的持續(xù)穩(wěn)定，同時(shí)也要避免不必要的能源浪費(fèi)。

5.結(jié)束語

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，自動(dòng)化技術(shù)在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用和普及，它可以應(yīng)用于更復(fù)雜的工作環(huán)境，如采礦。將自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于風(fēng)門、螺桿式空壓機(jī)、輸送帶等礦山機(jī)電，不僅對它們實(shí)現(xiàn)了有效的控制，而且為公司帶來了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。自動(dòng)化技術(shù)的使用有助于提高礦產(chǎn)資源開采效率，加快企業(yè)公司的發(fā)展進(jìn)程。

綜上所述，將自動(dòng)化技術(shù)合理運(yùn)用于礦山機(jī)電控制中有著非常深遠(yuǎn)的意義，該技術(shù)的融入不僅能夠使礦產(chǎn)開采的質(zhì)量和效率獲得顯著的提升，還可以確保開采環(huán)節(jié)的安全性和穩(wěn)定性，從而為礦產(chǎn)企業(yè)帶來良好的社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益。因此，礦產(chǎn)企業(yè)應(yīng)該注重對自動(dòng)化技術(shù)的合理運(yùn)用，使機(jī)電設(shè)備的自動(dòng)化管理水平獲得進(jìn)一步的提升，從而有效降低人力資源的投入，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)成本的合理控制，在提升礦產(chǎn)企業(yè)綜合實(shí)力的同時(shí)推動(dòng)礦產(chǎn)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。