礦井機電一體化信息自動化技術的應用現狀及展望

趙越

摘 要：對煤礦機電一體化自動化水平的發展方向進行簡單探討后，結合礦井機電一體化信息自動化技術的應用現狀，提出了基于信息交互的機電一體化集成自動化管理系統，確定其為未來煤礦機電一體化發展的重要方向，并對典型邏輯組成網絡結構進行了詳細分析研究。

關鍵詞：礦井；機電一體化；信息集成；交互共享

隨著電力電子技術、計算機技術、網絡通信技術、自動控制技術等快速發展，其在煤礦機電一體化產品中的合理應用和技術升級，為煤礦數字化、智能自動化、網絡集成化的機電一體化產品的研發和應用提供了重要技術支撐，為信息智能化礦井動態安全管理奠定了良好的基礎。機電一體化水平較高的國家，其采煤系統從井下采煤工作面、掘進工作面、通風、供水、提升，到井上的視頻監控、可視化管理、集控中心等，均建立基于DSP數據處理為核心的采煤作業監控、監測、保護系統，確保煤礦機電一體化設備功能的高效、穩定、可靠發揮，工作效率得到大大提高，能耗大大降低[1]。我國在最近10多年的研發和應用過程中，煤礦機電一體化產品的性能、使用范圍均有了很大提高，基本覆蓋了整個采煤系統的全過程各環節，大大提高了采煤工作效率和安全可靠水平，但同國外發達國家相比，其機電一體化信息化自動化水平依然存在一定差距。因此，大力發展我國煤礦機電一體化、智能自動化、信息可視化水平，就顯得尤為重要。

1 發展煤礦機電一體化自動化水平的方向探討

煤礦機電一體化集成監控系統，是以運行環境數據、實時運行數據、圖像視頻等基礎數據智能自動化處理為核心，實現對煤礦機電一體化系統運行工況、周圍環境、安全隱患、人員操作、設備性能等進行在線實時檢測分析，避免機電一體化系統中由于某些自動化傳感器的局限性引起安全隱患或故障的漏報或誤報，有效彌補煤礦機電一體化監控系統在煤礦生產作業全過程中的監控盲區，降低事故發生率，確保工作人員及機電設備長期處于高效、安全的運行工況，有效提高機電一體化系統的綜合自動化、信息化水平。

1.1 建立本質安全的機電一體化無線通信系統

結合RFID無線射頻技術、WiFi無線終端通信技術、PDA手持式電話等為核心的機電一體化無線通信網絡技術，結合遠距離通信以太網、工業電視等光纖通信技術，對煤礦作業面上的機電一體化設備的運行工況、人員工作位置、作業環節等的實時數據信息進行采集，經遠距離傳輸到地面的集控中心，實現對作業面上機電一體化設備和人員的信息的動態采集、傳輸、運算分析和管理。但由于煤礦作業環境較復雜，需要監控點、面較多，這對無線通信和光纖通信網絡自身的綜合防爆性能提出了更高的要求。因此，研究監控內容豐富、系統集成化程度較高、極限功率本質安全的通信技術，是煤礦機電一體化監控系統發展的重要方向。

1.2 建立無人工作面遠程集中遙控系統

目前，煤礦井下采煤工作面已結合PLC、變頻器等機電一體化控制設備，實現了采煤工作面中有人巡視和操控條件下的順槽遙控和記憶割煤，但由于作業面工序較復雜、工藝內容較多，以及井下作業環節較復雜，還需要結合井下機械設備、電氣設備、通風系統、供水系統等，進一步提高操控系統運行的安全可靠性，實現無人工作面的地面遠程遙控，確保井下具有較高的瓦斯、供水、通風防護等系統的集成監控，提高作業環境的安全防護水平。

1.3 建立基于信息集成互享的煤礦機電一體化安全生產集成管理系統

目前，我國多數煤礦機電一體化設備和各種檢測、監測、保護子系統大多是獨立運行模式，不能實現系統間數據的相互集成共享和互操作，造成大量的機電一體化信息資源孤島產生，造成大量的數據信息資源的丟失和浪費。因此，建立具有統一通信網絡和數據處理平臺的煤礦機電一體化安全生產集成自動化管理系統，已成為煤礦機電一體化發展的重要方向。

2 基于信息交互的機電一體化集成自動化管理平臺的建立

在煤礦機電一體化信息集成自動化管理平臺系統建設中，統一數據傳輸網絡平臺和統一軟件及數據倉庫平臺，需要從系統硬件結構、軟件配置等方面確保信息化礦山中的機電一體化各檢測、監測、監控子系統模塊的集成統一。通過統一數據傳輸模式、統一數據表達形式、統一數據處理格式和統一數據管理方式等，實現數據信息的相互集成共享，避免數據孤島出現，提高數據的綜合利用效率水平。

煤礦井下中的機電設備硐室、空壓風機房、中央供水系統、水泵房、膠帶、運輸帶、工作面等作業面上的無人值守，遠程監控，自動操作，是煤礦機電設備安全穩定生產急需解決的問題。當礦井工作面有人巡視的條件下，通過順槽遙控技術已是較為成熟的技術，但是發展無限遠程遙控依然還需要進一步加深研究。通過信息集成互相平臺的建設，可以對井下作業面上的機械設備、供電設備、運輸設備、供水設備、通風設備、采掘設備、檢測保護系統等系統信息的統一采集、集成統一，并可以結合視頻技術、3D GIS技術等，實現三維可視化直觀表達和智能運算分析[2]，形成礦井全過程的動態監測、控制、管理的集成一體化管理，有效提高礦井機電一體化系統的綜合運行安全可靠水平和生產管理的效率效益水平。基于信息交互的機電一體化集成自動化管理系統，其邏輯組成結構如圖1所示。

圖1是某煤礦機電一體化集成自動化管理系統的邏輯組成結構，其包含了環境監測分站（瓦斯、粉塵等）、中央變電所、采區變電所、中央泵房（供水系統）、采煤機、給煤機、通風系統、傳輸膠帶等子系統。通過工業現場總線，將底層（機電設備）的一體自動化操控保護系統與地面上的集控中心有機互聯，便于地面作業人員進行遠程運作管理和操控。通過大屏幕，工作人員可以可視化了解井下機電設備的實時運行工況狀態，便于其根據實際情況制定高效合理的調控策略，有效提高采煤作業的工作效率和作業安全。機電信息一體集成化，是煤礦機電設備研究發展的重要方向，同時也是一個不斷提高和深化的過程，需要在工作實踐中不斷優化改進。

3 結束語

煤礦機電一體化設備種類和性能的不斷完善，尤其是具有防爆性能的礦用傳感器技術的進一步提高，能夠檢測到礦井作業面上更多機電設備的運行工況狀態和周圍環境信息，增加了煤礦機電一體化產品的信息化、智能自動化、網絡集成化功能水平。結合PLC、變頻器、RFID、3D GIS、視頻監控等技術，建立信息交互的機電一體化集成自動化管理系統，可以實現對整個礦井作業面的全面、完整地信息采集、遠程傳輸、運算分析和智能決策生產，確保煤礦機電一體化設備系統功能的高效穩定發揮，提高工作面作業效率和安全水平。

參考文獻

[1]時海蓓.煤礦自動化系統實現的配套裝置簡析[J].科技創新導報，2010，（11）：84.

[2]孫繼平.煤礦自動化與信息化技術回顧與展望[J].工礦自動化，2010，（06）：26-30.