礦山機電自動化控制技術的應用研究

胡延軍

（內蒙古平莊能源股份有限公司風水溝煤礦，內蒙古 赤峰 024076）

1 礦山機電自動化技術概述

機電自動化主要指的是在機電設備管理與運行的過程中，不需要借助于人力資源，直接利用計算機自動化系統來對機電設備運行時的各種信息加以自動檢測、存儲、處理、分析與判定的控制過程?，F階段，不僅僅是在礦企，在工業生產企業、工程領域，機電自動化控制技術都有著廣泛的應用。綜合來看，機電自動化技術是一種集成技術，其包含了微電子、計算機、信息與自動控制等多種技術，可以充分發揮不同技術的優勢。微電子技術是帶動自動化發展的核心技術，也在一定程度上推進了能源開采行業的機電一體化，使得礦企逐步突破了傳統生產模式的限制，取得了卓越的發展成就[1]。

2 礦山機電自動化控制技術的優勢

2.1 安全性

當前，我國能源開采行業經歷多年的發展已經進入了新的發展階段，尤其是機電自動化在各個礦企中的應用，更是為能源開采行業的長遠可持續發展提供了保障。機電自動化控制技術具有突出的安全性優勢，與傳統的人工技術相比，機電自動化控制技術下的礦山生產作業更為安全，由于自動化模塊可以對生產的全過程、各要素開展全面的監測，這種實時監測能夠及時發現生產時存在的異常情況，進而及時將這些異常信息加以反饋，使得有關人員能夠及時采取相應的措施來加以處理，保持高效、正常的生產作業[2]。與其他行業相比，礦山開采時的安全風險較大，開采作業中甚至存在著一些不可預測的風險，如果單純依賴人力管理，往往難以對這些安全風險加以識別、判斷與預防，而機電自動化下，由于自動化技術能夠全過程、全方位監測，就可以幫助礦企及時制定相應的應急預案，及時消除和較小安全威脅，提高生產的安全性。

2.2 高效率

近年來，計算機技術、信息技術等的出現帶動了自動化、智能化技術的進步，在礦山生產的過程中，由于機電自動化控制技術的應用，使得礦山機電設備的自動化、智能化水平大大提升，機電設備必將發揮其在生產中的重要作用，提升整個的生產效率，為礦企創造巨大的經濟與社會效益。機電自動化控制技術使得礦山的各種機電設備都能夠在生產、運行的過程中實現數據采集、處理與分析的自動化，及時進行故障識別與診斷，而這種自動化控制保持了各種機電設備最佳的運行狀態，降低了機電設備的維護成本，使得各種機電設備始終處于高效率的狀態下，加快了能源開采行業的智能化，使得礦企的生產效率有所提升，為作業人員創造了更為安全、高效的作業環境與設備支持。自動化控制下對于機電設備的管理與控制更為高效，避免了傳統人工操作下的控制誤差。

3 礦山機電自動化控制技術的應用分析

3.1 礦井監測、監控和礦井安全生產

在我國礦山企業的生產過程中，需要控制的因素非常多，如果要徹底轉變傳統的生產模式與管理模式，就需要加大機電自動化控制技術的應用范圍與覆蓋面。在行業現代化的發展過程中，機電自動化控制技術的應用水平成為衡量礦企綜合競爭力、生產能力的重要因素，在機電自動化控制技術下，可以將其應用于礦井監測、監控與安全生產方面，從而為礦山工作人員創造更為安全的作業環境。與發達國家相比，我國能源開采行業在自動化監測技術方面的起步相對較晚，雖然很多礦企都已經實現了自動化監測，但是，其總體發展水平還較發達國家存在一定的差距，且自主創新能力不足，很多的機電設備主要依賴于進口。隨著我國自動化技術的日益進步，在礦山自動化監測方面的差距將進一步縮小，在設備、技術引進的過程中，有關的研究人員也加大了在這一方面的技術與設備研究，以提升我國礦山機電自動化監控系統的功能。在礦山安全生產的指導下，很多礦山都逐步引進了自動化集控技術，這一技術的應用不僅提升了生產的安全性，也有助于推進整個作業流程的信息化管理，比如，遠程操控技術的應用使得礦山作業環節的人力資源有所減少，對各種工作狀態的把握極為便捷[3]。如以某礦為例，自動化監控系統在運行時，主要是通過傳感器來進行相應信息的接收的，當所收集到的信息超過了正常標準以后，就會觸發聲光報警。

3.2 礦井提升機

在礦山生產系統中，提升機是其中的關鍵設備，這一生產設備具有體積大、重量大的特征，在實際的操作控制方面相對復雜。如果能夠在提升機中應用自動化集控技術，就不僅可以使得整個提升機的結構變得更為簡單，也能夠使得設備本身具有一定的數字化與智能化特征，進而使得設備運行更為可靠與安全。因此，自動化技術在提升機中的應用使得設備具有了更強的自我診斷能力，可以使得提升機在運行時可以與其他設備保持正常的通信，而內部結構的簡化也使得提升機的安裝與維修更具便捷性?，F階段，一些大型礦企逐步應用了數字直流提升機，通過提升機中微處理裝置的應用，可以在設備運行是開展多重尋址操作，進而及時發現設備的故障，使得設備可以具有更高的自檢能力，提升系統的功能[4]。

圖1 PLC礦山提升機電控系統原理圖

如上圖所示，上位機作為始端，提升機電動機為終端，在整個系統的運行過程中，操作測控量包含了信號檢測高壓換向器、加速接觸器、制動電源柜與可跳閘制動，這些設備的PLC技術與提升電動機存在雙向作用，操作臺可以依靠PLC機的應用，來提升自動化控制的效果，最終實現提升電動機的目的。在我國，上位機監控系統多以工控機與打印機為主，上位機的存在承擔了人機通信、系統狀態監控、設備控制的功能，自動化系統的運行過程中，上位機還可以直接顯示系統的運行狀態、數據曲線、設備故障，通過相應的數據交換，來實現對整個提升機的網絡化控制。

3.3 井下傳送帶

帶式運輸機承擔著礦山資源的運輸任務，在運輸的過程中，如果要保障連續性、安全性與高效性，就需要加強機電自動化控制技術的應用。隨著我國技術的進步，自主研發的全自動帶式運輸機中采用了機電一體化技術在很多礦企得到了應用，在具體的應用中，借助于CST可控軟件，使得在礦山開采作業中能夠保持不間斷的井下礦產資源的輸送，并可以發揮其智能監控作用，使得帶式運輸機或者其他機械設備都能夠在礦山開采作業中保持良好的運行狀態，降低設備的出錯率與故障率[5]。井下傳送帶中機電自動化控制技術的應用不僅保持了運輸的連續性，還能夠大大提升運輸的整體效率，雖然其設備功能有所提升，但是，由于井下作業的距離長、運輸時間消耗大，在運輸過程中同樣存在著一定的安全威脅，在未來的發展過程中同樣需要加強自動化技術的應用。

3.4 電牽引采礦機

在礦山開采作業中，采礦機是關鍵的設備，采礦機能否保持正常的運行狀態，將會決定著礦山生產作業是否安全、高效。在當前技術逐步發展的過程中，電牽引技術在采礦機中的應用提升了采礦機的自動化水平，使得整個的采礦機能夠發揮其作用。電牽引采礦機下，電能為采礦機提供了牽引力，而采礦機在下滑制動時發電，這種運行與控制模式下，電牽引采礦機在運行時，電能資源得到了有效的利用，減少了電能資源的消耗。電牽引技術下的采礦機具有更高的自動化、智能化水平，使得采礦機的可靠性與安全性大大提升，設備在運行時出現故障的概率大大降低。在具體的應用過程中，專業人員需要結合采礦作業時對于采礦機的相關要求，來對電控系統的相關參數加以相應的調整，使得電牽引采礦機可以具有良好的運行性能。

3.5 風門

由于礦山生產為井下作業，在開采作業中常常會面臨諸多的難題，如果在作業過程中缺乏自動化技術的應用，人為操作失誤可能會造成嚴重的生產事故。在一些礦山企業，風門的開閉不合理是作業環節最為常見的問題，而這一問題會導致礦山生產過程中存在較大的安全風險。在傳統的生產模式下，大部分礦企采用的是人工控制方式來進行風門的開關操作，長期的人工操作下，可能會導致生產時的安全風險增大，甚至會給作業人員的生命財產造成巨大的威脅。因此，人工控制風門的方式已經不符合當下礦企現代化發展的需求，各個礦企在風門控制的過程中，需改變傳統的控制方式，用自動化控制來實現，通過控制指令的自動發送來完成風門的開關。在自動化控制技術下，僅僅需要在初始階段便捷PLC程序即可，在后續的作業環節，風門的開關都是由PLC系統來完成的。PLC技術是當前應用最多的自動化技術，這一控制技術下具有更高的可靠性、靈活性與便捷性，且抗干擾能力較強，能夠避免其他因素對正常操作、控制所造成的不利影響。風門自動化控制下，紅外傳感器是監視器，其不僅具有基本的監控功能，還兼具語言報警等功能，PLC在接收到紅外傳感器所發出的信號以后，會立即進行信號的識別與分析，進而控制氣缸等執行機構完成相應的動作，在一定的時間段后，自動控制執行機構來關閉風門。在互為連鎖的兩道風門中的任意一道打開時，PLC控制器會控制執行機構對另一道風門實施閉鎖操作，在打開風門關閉以后，控制器會自動進入操作與控制狀態。

4 結語

近年來，經濟社會的發展為能源開采行業帶來了新的發展契機，各個礦企不再局限于傳統的作業方式，反而更依賴機電自動化來提升作業的自動化、安全性，使得井下開采作業能夠改變傳統的作業方式，提升其生產效率與質量。因此，機電自動化控制是當前礦企的核心技術，各個礦企都需要加大對這一技術的應用。