礦山機(jī)電一體化的創(chuàng)新及發(fā)展分析

楊成軍

（云錫股份公司卡房分公司，云南 紅河 661000）

礦山機(jī)械機(jī)電一體化在原有的機(jī)電一體化技術(shù)基礎(chǔ)上融入現(xiàn)代化的自動(dòng)控制和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以信息化、智能化和數(shù)字化方式更加靈巧方便的控制網(wǎng)絡(luò)，協(xié)同使用多種礦山機(jī)械設(shè)備使礦山工程的管理和運(yùn)行得到有力支持，并大大提升其自動(dòng)化與智能化的水準(zhǔn)和生產(chǎn)效益效率，確保工作人員安全便利的操作。因此本文針對(duì)礦山機(jī)電一體化的發(fā)展與創(chuàng)新進(jìn)行探究。

1 礦山機(jī)電一體化技術(shù)的具體應(yīng)用

1.1 在安全生產(chǎn)監(jiān)控下的應(yīng)用

當(dāng)前不少使用監(jiān)控系統(tǒng)的金屬礦工程依然存在某些問(wèn)題，傳感器不足、使用壽命短且沒(méi)有較好的穩(wěn)定性是主要的使用問(wèn)題。雖然某些研究單位已進(jìn)行大量研究和多次的技術(shù)改造，但獲取的效果依然不理想，因此無(wú)法獲得較高的實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用率。當(dāng)前國(guó)外借助飛速發(fā)展的軟硬件和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提高了運(yùn)行質(zhì)量和速率，聲像信息媒體和光纜的傳輸介質(zhì)極大的改善了礦山的安全監(jiān)控系統(tǒng)，從而使礦山機(jī)電一體化技術(shù)的水平大大提高。當(dāng)前國(guó)內(nèi)金屬礦山安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)在某些科研單位及企業(yè)中正在生產(chǎn)和研究［1］，在礦山產(chǎn)業(yè)的實(shí)際工作中更成為擁有突破性的技術(shù)探索，為國(guó)內(nèi)礦山企業(yè)的安全生產(chǎn)提供了有力保障。如我國(guó)研究單位所研究出的KJ95、90等監(jiān)控系統(tǒng)，均為基于金屬礦山生產(chǎn)特征應(yīng)用機(jī)電一體化后形成的符合該地區(qū)開(kāi)采特色的安全監(jiān)控系統(tǒng)，其智能化優(yōu)勢(shì)已基本和國(guó)際先進(jìn)水平持平。

1.2 在有色金屬礦山開(kāi)采上的應(yīng)用

采礦機(jī)在有色金屬礦山開(kāi)采工程生產(chǎn)期間是常常用到的重要機(jī)械之一。當(dāng)前我國(guó)有色金屬開(kāi)采工程中的采礦機(jī)應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)使機(jī)械的生產(chǎn)效率大大提高并強(qiáng)化了采礦機(jī)的性能，相較于傳統(tǒng)的采礦機(jī)將其進(jìn)行技術(shù)改造后使其牽引性能更加優(yōu)良。將采礦機(jī)提供的基礎(chǔ)牽引力作為基礎(chǔ)通過(guò)電力制動(dòng)方式解決了采礦機(jī)容易下滑的問(wèn)題，并克服了采礦機(jī)運(yùn)行期間產(chǎn)生的巨大阻力問(wèn)題，同時(shí)向電力系統(tǒng)返送多余的電能，保證設(shè)備安全實(shí)用的前提條件下大大節(jié)約能源使用。利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行控制的有色金屬礦物采掘工作可通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸將各個(gè)挖掘點(diǎn)和工作面聯(lián)網(wǎng)，為工作人員的檢測(cè)提供便利的同時(shí)可大大減少現(xiàn)場(chǎng)處理工作人員的數(shù)量，通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)便可將工作中的違規(guī)及隨意行為隨時(shí)糾正［2］。借助計(jì)算機(jī)工作人員可隨時(shí)查找所需的數(shù)據(jù)信息，管理人員可在任意地點(diǎn)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行控制管理。

1.3 在礦井提升機(jī)中的應(yīng)用

作為采礦作業(yè)中發(fā)揮重要作用的礦井提升機(jī)，無(wú)論是在內(nèi)部結(jié)構(gòu)或?qū)嶋H使用方面均和機(jī)電一體化技術(shù)的關(guān)系密切。內(nèi)裝式與直流電是采礦提升機(jī)的兩種主要類(lèi)型，其中內(nèi)裝式提升機(jī)通過(guò)對(duì)程序進(jìn)行驅(qū)動(dòng)使其內(nèi)部的滾動(dòng)結(jié)構(gòu)啟動(dòng)，開(kāi)展后續(xù)工作。其工作原理和自身系統(tǒng)處理與現(xiàn)代化的金屬礦山生產(chǎn)相適應(yīng)。另外直流電提升機(jī)對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用可在程序方面上提升其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的敏捷度和高效性大大提高。在物理機(jī)械、電力電子設(shè)備、計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制設(shè)備4個(gè)環(huán)節(jié)上展開(kāi)機(jī)械操作能夠有效縮短變速時(shí)間并節(jié)省機(jī)械的能源消耗，從而將傳統(tǒng)直流電提升機(jī)井下作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)、無(wú)法準(zhǔn)確快速的輸出和輸入信息等問(wèn)題解決［3］。

2 礦山機(jī)電一體化創(chuàng)新

2.1 機(jī)電集成

機(jī)械系統(tǒng)整體與電氣的相互作用及兩者之間如何相互作用是機(jī)電的偏重點(diǎn)，其中最突出的是直流電機(jī)的系統(tǒng)，可被設(shè)計(jì)和操作從發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電力或作為電動(dòng)機(jī)供電。擁有機(jī)械過(guò)程及電器的裝置是機(jī)電裝置，而機(jī)械和電氣工程中的程序與流程又是機(jī)電集成的內(nèi)容。作為機(jī)電組件的手動(dòng)開(kāi)關(guān)利用機(jī)械運(yùn)動(dòng)輸出電能，而涉及電磁原理的機(jī)電集成如繼電器對(duì)電流及電壓的操控需要通過(guò)電磁閥和機(jī)械開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)，對(duì)另一個(gè)正常隔離的電流或電路電壓進(jìn)行操控才可成為電磁閥中的移動(dòng)連接設(shè)備進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。電壓利用電磁閥可制動(dòng)其中的移動(dòng)聯(lián)動(dòng)裝置。所有將燃料作為基礎(chǔ)的發(fā)電機(jī)所需的電力均可靠機(jī)械運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換而得，如水力和風(fēng)力等可再生能源的發(fā)電所需的動(dòng)力均由機(jī)械系統(tǒng)提供，獲取的電力就是依靠機(jī)械系統(tǒng)將運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換而得。一個(gè)借助邏輯執(zhí)行相同任務(wù)的程序和幾百萬(wàn)個(gè)晶體管是集成微控制器電路所包含的內(nèi)容。如機(jī)械式電動(dòng)執(zhí)行器其機(jī)電部件只有移動(dòng)部件。由于該系統(tǒng)中所有點(diǎn)需要通過(guò)機(jī)械運(yùn)動(dòng)才可正確操作，所以會(huì)受到最終毛病以及機(jī)械磨損等問(wèn)題的影響。如果電子電路設(shè)計(jì)正確則大部分可簡(jiǎn)單的應(yīng)用于反饋控制系統(tǒng)中［4］，沒(méi)有移動(dòng)部件的電子電路的正常工作可以幾乎無(wú)限期的開(kāi)展。不使用電磁原理的壓電裝置屬于另外一種機(jī)電裝置，借助電信號(hào)壓電器件可從機(jī)械振動(dòng)或聲音產(chǎn)生電信號(hào)，利用電信號(hào)又可產(chǎn)生振動(dòng)或聲音。

2.2 自動(dòng)化開(kāi)采

當(dāng)前礦產(chǎn)企業(yè)在開(kāi)采過(guò)程中已逐漸將自動(dòng)化設(shè)備作為人力開(kāi)采的替代，自動(dòng)挖掘包含采礦設(shè)備和車(chē)輛應(yīng)用機(jī)器人技術(shù)以及自動(dòng)化的采礦過(guò)程和軟件兩種技術(shù)類(lèi)型。礦業(yè)開(kāi)采企業(yè)利用自動(dòng)化流程或軟件可獲取更多的控制運(yùn)營(yíng)權(quán)。駕駛員輔助、全自動(dòng)化、遠(yuǎn)程控制和遙控操作是4種礦山設(shè)備自動(dòng)化的形式。其中遠(yuǎn)程控制技術(shù)是使用自動(dòng)化采礦設(shè)備最經(jīng)濟(jì)的一種方式，采礦車(chē)輛作為遠(yuǎn)程操作的礦產(chǎn)開(kāi)采設(shè)備通過(guò)遠(yuǎn)程操作員對(duì)附加定位軟件、相機(jī)及傳感器進(jìn)行控制可通過(guò)數(shù)據(jù)定位并對(duì)車(chē)輛遙測(cè)進(jìn)行更好的訪問(wèn)，而礦產(chǎn)開(kāi)采車(chē)輛控制功能依然可以使用其他手持控制裝置或操縱桿。地下采礦、地形不穩(wěn)定、存在碎片下落的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域及爆炸區(qū)域等危險(xiǎn)地區(qū)適用于該技術(shù)。遙控采礦設(shè)備是指如推土機(jī)或挖掘機(jī)對(duì)礦產(chǎn)開(kāi)采車(chē)輛通過(guò)手持遙控器進(jìn)行控制，在視線范圍內(nèi)操作員可利用遙控器對(duì)正常的車(chē)輛功能進(jìn)行操作。但機(jī)器的感覺(jué)和可見(jiàn)度大大降低，而使用遙控器通常也會(huì)使采礦車(chē)輛的出產(chǎn)功率大大降低。

2.3 控制、傳感及產(chǎn)品功能的創(chuàng)新

將擁有更優(yōu)良性能的傳感器研發(fā)出來(lái)，尤其是研發(fā)礦山開(kāi)采的專(zhuān)用型傳感器都可為礦產(chǎn)企業(yè)獲取很大的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。這是因?yàn)榭刂葡到y(tǒng)能夠受到機(jī)電產(chǎn)品性能的直接影響，良好的性能可有效控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)位移、加速度及速度。另外作為機(jī)電一體化重要內(nèi)容的傳感儀器及技術(shù)，通過(guò)對(duì)傳感器進(jìn)行創(chuàng)新，檢測(cè)技術(shù)可使微處理器的研發(fā)速度加快，大幅度的提升機(jī)電產(chǎn)品在網(wǎng)絡(luò)等方面的控制。通過(guò)機(jī)電一體化技術(shù)所生產(chǎn)的產(chǎn)品功能往往在創(chuàng)新時(shí)側(cè)重于兩方面:一是按照實(shí)際的采礦狀況并根據(jù)新型產(chǎn)品的研發(fā)需求使其功能可將實(shí)際生產(chǎn)需求滿足，這需要礦產(chǎn)企業(yè)加大研發(fā)新型技術(shù)和創(chuàng)新能力的力度，也就是大力投入技術(shù)和資金將擁有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的新型產(chǎn)品研發(fā)出來(lái)，才可切實(shí)保障企業(yè)的高效運(yùn)轉(zhuǎn)。二是不斷完善創(chuàng)新已開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品從而延伸和擴(kuò)展其本有的功能，極低甚至可忽略的風(fēng)險(xiǎn)不用投入太多的技術(shù)和資金便可完善與改造產(chǎn)品功能。

3 礦山機(jī)電一體化的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

3.1 智能化發(fā)展方向

當(dāng)前智能化信息技術(shù)的快速發(fā)展使人們常常會(huì)大量的使用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)等，機(jī)械設(shè)備融入這些現(xiàn)代信息技術(shù)可幫助相關(guān)工作人員通過(guò)程序語(yǔ)言對(duì)機(jī)械設(shè)備的復(fù)雜工作進(jìn)行合理安排，從而優(yōu)化礦產(chǎn)企業(yè)組織結(jié)構(gòu)，獲取更多的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益同時(shí)有效減少人力消耗。向智能化方向發(fā)展的礦產(chǎn)機(jī)械設(shè)備能夠使用一些人類(lèi)簡(jiǎn)單的行為知識(shí)且行動(dòng)及操作方式也更靈活，提煉特有的邏輯流程及思維的機(jī)器人行為還可對(duì)人類(lèi)數(shù)據(jù)分析的方法及能力進(jìn)行模擬，比如機(jī)器人在未來(lái)會(huì)發(fā)展成為擁有高度邏輯判斷力和自我決策力等的智能機(jī)械人，從而逐漸從人類(lèi)的控制中擺脫出來(lái)。

3.2 網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展方向

快速發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)一體化技術(shù)極大的改變了人們的生活和生產(chǎn)方式，同時(shí)使機(jī)電一體化設(shè)備也受到了極大影響。例如借助網(wǎng)絡(luò)一體化技術(shù)分析處理設(shè)備狀態(tài)并采集數(shù)據(jù)信息，可對(duì)機(jī)電一體化設(shè)備的市場(chǎng)需求進(jìn)一步了解，幫助生產(chǎn)廠家研發(fā)生產(chǎn)能夠滿足市場(chǎng)需求的機(jī)電一體化設(shè)備。通過(guò)共享機(jī)電一體化設(shè)備工藝技術(shù)可以快速傳播企業(yè)信息，使企業(yè)及相關(guān)人員對(duì)出現(xiàn)的新型設(shè)備生產(chǎn)工藝及產(chǎn)品設(shè)計(jì)了解，借助網(wǎng)絡(luò)傳播等途徑人們也可對(duì)新的設(shè)備產(chǎn)品構(gòu)思及公益等共同探討。借助網(wǎng)絡(luò)一體化技術(shù)在未來(lái)遠(yuǎn)程操作機(jī)電一體化設(shè)備的使用和開(kāi)發(fā)也成為一種極大的可能。

3.3 兼顧環(huán)保應(yīng)用需求

在開(kāi)發(fā)各種新型技術(shù)的同時(shí)人們一定要高度重視周?chē)粩鄲夯蜏p少的生存環(huán)境及自然資源，新型技術(shù)的研發(fā)在確保現(xiàn)代科技進(jìn)步發(fā)展的同時(shí)也要兼顧環(huán)保問(wèn)題。因此設(shè)計(jì)機(jī)電一體化產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)當(dāng)注重其是否與環(huán)保的設(shè)計(jì)理念相符才能滿足現(xiàn)代人們的實(shí)際需求，對(duì)機(jī)電一體化設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)一定要綜合有效的利用資源，保證機(jī)電智能一體化設(shè)備性能及特點(diǎn)能夠滿足環(huán)保需求。同時(shí)盡量回收廢舊的機(jī)電資源才可通過(guò)最小的機(jī)電資源獲取良好的環(huán)保效果并獲取最大的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出，使機(jī)電一體化技術(shù)能夠快速向環(huán)保現(xiàn)代化方向發(fā)展。

3.4 系統(tǒng)化及微型化發(fā)展方向

系統(tǒng)能夠任意組合、裁剪并靈活組態(tài)，尋求實(shí)現(xiàn)綜合管理和協(xié)調(diào)控制多子系統(tǒng)的目的方向，進(jìn)一步對(duì)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)使用模式化和開(kāi)放式的總線結(jié)構(gòu)便是機(jī)電一體化技術(shù)系統(tǒng)化的表現(xiàn)特征之一。特征表現(xiàn)之二是除了常用的通信方式如RS232以外，需要逐漸采用能夠?qū)⒍嘞到y(tǒng)和遠(yuǎn)程通信聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的局部網(wǎng)絡(luò)，這樣可有效增強(qiáng)機(jī)電一體化的通信功能。由于未來(lái)人們和產(chǎn)品的關(guān)系要求機(jī)電一體化產(chǎn)品擁有人的情感、人性，因此可按照某些生物體的優(yōu)良構(gòu)造對(duì)新型機(jī)體進(jìn)行研究。機(jī)電一體化的新發(fā)展方向是將微電子、微機(jī)械和軟件技術(shù)高度融合于微型機(jī)電一體化系統(tǒng)中，擁有靈活運(yùn)動(dòng)、微小體積和耗能等特點(diǎn)的微機(jī)電一體化系統(tǒng)可代替一般機(jī)械進(jìn)入其無(wú)法涉足的空間中并精細(xì)操作，因此在生物醫(yī)療、航空航天甚至國(guó)防等各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用前景十分廣闊。

3.5 集成模塊化發(fā)展方向

機(jī)電一體化設(shè)備在礦山生產(chǎn)中擁有較多的種類(lèi)和數(shù)量，且類(lèi)型不同的機(jī)電設(shè)備性能也各不相同，為使礦山機(jī)械設(shè)備的一體化性提高應(yīng)當(dāng)對(duì)集成模塊化技術(shù)推廣使用，通過(guò)與各類(lèi)產(chǎn)品的結(jié)合組建為聯(lián)合系統(tǒng)可提供極大的便利給礦山的開(kāi)發(fā)生產(chǎn)和勘察。將標(biāo)準(zhǔn)化接口和功能模塊化作為基礎(chǔ)的集成模塊化能夠擴(kuò)展升級(jí)原先產(chǎn)品的功能模塊，優(yōu)化和高效集成多種功能從而提高礦山工作水平。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，滿足現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)多元化需求的礦山機(jī)電一體化技術(shù)使礦山作業(yè)遠(yuǎn)程監(jiān)控和自動(dòng)化的可能性大大增加，有效提高工作進(jìn)度和效率的同時(shí)將能源損耗大大減少，有力保證了環(huán)境不受污染和工作人員的操作安全并幫助企業(yè)得到更好的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和更多的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。因此在未來(lái)發(fā)展中應(yīng)當(dāng)緊跟時(shí)代步伐對(duì)該技術(shù)科學(xué)應(yīng)用并不斷優(yōu)化完善，才可推動(dòng)現(xiàn)代工業(yè)向綠色化、智能化和模塊化的方向發(fā)展。