自動化技術在礦山機電控制中的應用淺析

張立強

摘 要：礦山生產期間，離不開各種機電設備，自動化技術應用廣泛。文章從自動化技術的特點和控制功能出發，介紹了礦山機電自動化控制的應用價值和具體應用情況，指出未來發展趨勢，以供參考。

關鍵詞：礦山生產;機電控制;自動化技術;智能化;發展趨勢

中圖分類號：TD67 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）02-0178-02

0 引言

我國經濟社會快速發展，對礦產資源的需求不斷增加，礦山生產過程中，機電設備的運行性能直接影響資源開采情況?；谙冗M的科學技術和信息技術，自動化控制在礦山機電中的應用普遍，不僅提高了生產效率，而且能保證作業安全，有利于礦山健康長遠發展。自動化技術有哪些功能？如何應用在礦山機電控制中？以下結合實踐進行探討。

1自動化技術的特點和控制功能

1.1 特點

自動化技術的特點是：（1）可靠性高，基于單片微型計算機下，配合保護電路、自診斷功能，可保證系統可靠運行。（2）容易編程，多采用繼電器控制梯形圖，即使沒有專業的計算機知識也能進行編程。（3）組態靈活，采用積木式結構，能對系統規模和功能進行靈活改變。（4）輸入和輸出模塊齊全，針對不同信號均有對應的模塊，和CPU主板連接在一起。（5）方便安裝，不需要專用機房，也不需要屏蔽措施，經接口端子連接后即可運行。（6）運行快速，采用程序控制，在保證穩定性的前提下，可顯著提升運行速度。

1.2 控制功能

第一，開環控制。開環控制是自動化技術的基本功能，可對計數、定時、順序等邏輯進行控制，可代替繼電器控制系統運行。

第二，閉環控制。閉環控制功能的應用，通過對開關量和模擬量進行輸入、輸出，能控制壓力、位移、溫度、流量、速度等參數，在小型、中型、大型設備中均可實現這一功能。

第三，數字量控制。在控制系統中，配合旋轉編碼器、脈沖伺服裝置，能對脈沖進行輸出和接收，發揮出數字量控制作用。隨著技術進步，數字控制模塊出現并應用，具有曲線插補功能，方便了控制工作。

第四，數據采集監控。自動化技術能方便現場生產和控制工作，因此數據采集是前提，將自動化技術和觸摸屏、上位計算機等連接，既能顯示數據，又能統計分析。設備系統運行期間，通過自診斷監控，可避免系統故障。

2礦山機電自動化控制的應用價值

2.1 提高時效性

礦山生產中，以往采用人工手動模式，不僅工作量大，而且效率低下。機電自動化技術的應用，促使工作人員從繁忙的工作中解脫出來，不再需要大量的勞動力。機電設備的運行，只需專業人員進行調試和控制即可，既能提高工作量，又可以避免人為操作帶來的誤差。自動化技術和機電設備的結合，能保證設備可靠運行，增強抗干擾能力，避免故障發生，顯著提升時效性。

2.2 保證安全性

礦山生產中，有不少井下作業項目，如何保證施工安全成為一個重點。傳統的機電設備雖然操作簡單，但是自我檢修能力、自我修復能力差，出現問題后難以及時發現并處理，繼而影響后續作業。自動化技術的應用，能對設備運行狀態進行監測，根據工況變化調整運行參數，提高設備的安全性和穩定性。一旦出現異常情況，系統能及時報警，提示技術人員進行檢修，保證工作人員的安全性，有利于提高礦山生產的綜合效益。

3自動化技術在礦山機電控制中的具體應用

3.1 井下風門

對礦井下風門進行控制，傳統措施是人工手動模式，根據生產需要進行開啟或閉合。井下風門的內外兩側存在壓力差，因此開啟或閉合時有一定難度，如果操作不當可能造成風門損壞，甚至威脅工作人員的安全。為了優化控制，采用自動化技術從手動操作轉變為自動操作，既能保證風門開閉的穩定性，又能保護工作人員的安全。具體來說，自動化技術、紅外線技術相結合，可對進出風門的人員和車輛進行監測，做出合理的開啟或閉合操作。為了降低風門兩側的壓力差，可在風門上開一扇小窗，連接開關程序和自動化程序，既能滿足開啟、閉合的功能，又能有效防止風門損壞。

3.2 提升機運輸

在提升機運輸過程中，利用自動化技術能實現雙回路電源，對變頻系統、電控系統進行準確轉換，具有手動、自動、半自動、應急停開等功能。在手閘控制上，利用全數字、電子脈沖信號，可實現零位鎖定;回路和控制環節出現故障，能及時報警提示。配合觸摸式液晶顯示屏，能顯示實時運行參數，例如提升機的位置、速度;能對系統自我檢測，及時發現異常。以西門子PLC系統為例，兩套系統相互冗余，冗余量達到20%以上。

3.3 機電系統

礦山生產時，以往機電設備采用繼電器進行控制，隨著技術發展，自動化技術出現并應用。基于自動化技術下，編程控制器的功能不斷完善，能控制大功率交流器的運行。例如：自動化技術應用在提升機上，在其他地方設置控制臺，可提高施工效率，簡化操作流程;應用在壓氣設備上如螺桿式空壓機，能保證氣壓的穩定性，實現能源節約的目標;應用在排水設備上，可對水流進行控制，在滿足供水需求的同時，避免水資源浪費。

3.4 監控系統

礦山生產具有一定安全風險，在監控設備上利用自動化技術，能對各個施工環節、施工人員進行監督，指導現場生產作業。其一，通過自動化監控，能發現生產中的問題和隱患，及時采取改進措施，避免造成不利影響。其二，結合礦山生產特點，借鑒國內外成功的管理經驗，確保監控設備和管理制度相適應。舉例來說，無線通信技術的應用，能連接控制中心和工作人員，控制中心將命令傳遞給工作人員，工作人員可以反饋生產情況;地理信息技術的應用，可以了解施工人員的位置，方便分配工作任務，遇到風險災害時能指揮工作人員自救。

3.5 集控系統

在選礦廠集控系統中，應用自動化技術是對可編程控制器進行改造，促使壓濾、清洗、運輸等系統組成完整的控制器;而多個控制器之間，能實時有效通信，有利于數據的采集和處理，作出科學的生產管理決策。實踐證實，自動化技術應用在集控系統中，既能對電路進行監測和控制，又有利于選礦工作的開展，能實現各個環節的質量控制目標。

3.6 防跑車門

在礦井生產中，斜井運輸是一個重要環節，目前運輸時常見的問題是跑車現象。對此，在系統中設置安全門自動設備，就能解決這一問題。自動化技術的應用，可對安全門進行自動打開、自動關閉，常安裝在巷道內，一般處于閉合狀態。有運輸礦車經過時，會觸動安全門的開關，此時安全門自動打開;如果出現跑車現象，安全門就不會打開，阻止礦車繼續前進?？梢?，自動化技術的應用，能保證礦車正常運行，降低事故發生率，提高斜井運輸效率和安全性。

3.7 采煤設備

煤礦開采中，采煤機是基礎設備，應用自動化技術能提供牽引力，提高電能利用率，根據現場情況調整采煤速度和高度，最大程度上滿足采煤需求。和傳統的采煤機相比，應用自動化技術后，一方面故障率降低，運行穩定性明顯提升;另一方面操作簡單，能減少維修工作量。就目前而言，采煤作業中已經離不開自動化技術，是煤礦產業發展的重要動力。

4礦山機電自動化技術的未來發展趨勢

4.1 一體化

一體化就是對機電系統進行集成，可對數控指標進行優化設計，結合機電設備的功能需求，將基礎模塊做成系列標準產品，例如存儲器、輸入接口、輸出接口。采用積木式模塊，進行增減、裁剪，從而形成不同規模、不同場次的數控系統。從市場發展來看，由于機電設備的生產商家較多，研發和制造時，各類接口應該采用統一的標準，方便后續使用和維修。在電動機、智能減速、機電一體化方面，應對不同的圖像、視覺進行針對性處理，利用程序控制單元，優化各單元模塊，既有利于擴大生產規模，又能開發出新產品。例如：制造標準化的機電設備時，既要生產出多功能產品，又要進行優化組合，實現降本增效的目標。

4.2 網絡化

網絡化是機電自動化控制的重要發展方向，能為工業生產、礦山生產帶來重大變革。在礦山生產中，網絡化主要體現在材料選購、產品制造、市場開發等方面，利用網絡技術可對機電自動化技術進行學習，加強區域間溝通。具體到井下開采作業，將主機和監控系統相連接，可實現遠程遙控，利用設定好的程序進行操作，并且不斷改進管理，最終促進機電自動化技術快速發展。

4.3 智能化

智能化是將人工智能、計算機、心理學、數學等學科相結合，通過模擬人類的智能，形成推理邏輯、自主選擇、自主決策的能力，將自動化技術提升至更高的層次。以工業機器人為例，就是智能化設備的典型代表，可以代替部分勞動力，提高生產效率和精準度。礦山機電設備和智能化技術的結合，可以用在危險性高的作業中，保護工作人員的安全。

4.4 綠色化

礦山開采是消耗資源能源的過程，傳統開采理念下，重視經濟效益，忽視了生態效益，導致環境污染和生態破壞。在未來，綠色化的礦山開采，應該將節能、降耗技術應用在機電控制中。一方面，機電設備的設計和制造，采用新型材料，減少能源消耗;對機電設備進行改進和優化，在保證生產質量的前提下，實現降耗目標。另一方面，從機電設備的管理入手，完善管理制度和約束機制，變革傳統的管理理念，提高運行可靠性。

4.5 創新性

創新是工業發展的動力，礦山生產也不例外。對礦山機電設備進行創新，除了醫院PLC技術以外，還可以嘗試人-機用戶界面（HMI）、人工神經網絡（ANN）、分布式控制系統（DCS）等。以ANN為例，是模擬人腦神經元建立運算模型，具有模式識別、自動控制、自動預測等功能。礦山設備控制中采用ANN，通過信息的采集和分析，能做出科學的決策，為采礦作業和管理提供支持。

5 結語

綜上所述，礦山生產中，機電設備是基礎而又重要的工具，應用自動化技術能提高時效性、保證安全性。文章以井下風門、提升機運輸、機電系統、監控系統、集控該系統、防跑車門、采煤設備為例，介紹了自動化技術的具體應用。在未來，礦山機電自動化技術向著一體化、網絡化、智能化、綠色化、創新性的方向發展，推動礦山可持續發展。

參考文獻

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