電氣自動化在智慧礦山的應(yīng)用探討

常曉龍 王磊 韓慶濤

摘要：近年來，我國的礦山建設(shè)的發(fā)展迅速，自改革開放以來，我國的工業(yè)和國民經(jīng)濟(jì)得到了快速的發(fā)展，對于各類資源的需求量不斷上升，在礦物質(zhì)開采時，如果能夠建設(shè)全自動化的智慧礦山生產(chǎn)體系，將會極大地提高開采效率，還能更好地保證礦山作業(yè)時的安全性。自十八大以來，黨和國家再將強(qiáng)調(diào)了綠色發(fā)展觀的概念，綠色礦山成為了新的關(guān)注點，也是目前的礦業(yè)所必需要面對的問題。所以，礦山的自動化建設(shè)對礦山的未來發(fā)展具有十分重要的應(yīng)用意義。

關(guān)鍵詞：電氣自動化;智慧礦山;應(yīng)用探討

引言

如今，隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，工業(yè)化進(jìn)程隨之加快。基于礦山的特殊生產(chǎn)環(huán)境和條件，為了提高礦山開采的效果和效率，一些煤礦企業(yè)開始采用電氣自動化生產(chǎn)設(shè)備、控制設(shè)備，從而實現(xiàn)自動化、科學(xué)化的采礦模式，并建立智慧礦山體系，為煤礦企業(yè)帶來更多的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。分析了電氣自動化技術(shù)在智慧礦山中的應(yīng)用。

1礦山自動化設(shè)備的重要意義

首先，開采作業(yè)的全面實時監(jiān)控。在礦山自動化體系中，電氣技術(shù)和信息技術(shù)的結(jié)合是最為直接有效的手段，電氣自動化技術(shù)與信息技術(shù)的融合可以讓整個礦山的開采工作達(dá)到一個新的技術(shù)高度。比如在日常的開采作業(yè)中，通過信息技術(shù)和遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)，可以對開采的整個過程實施全面的監(jiān)控。現(xiàn)代化的礦山開采技術(shù)，是多個領(lǐng)域技術(shù)的結(jié)合，先進(jìn)的監(jiān)控體系和定位技術(shù)可以讓開采作業(yè)得到更多的安全保障，通過礦山自動化設(shè)備來實現(xiàn)礦山工藝設(shè)備的電氣自動化控制，讓整個礦山的各個角度都得到有效的監(jiān)控，快速精準(zhǔn)地發(fā)現(xiàn)險情和問題，從技術(shù)的角度來保證礦山開采的整體效率。其次，有效預(yù)防安全事故的發(fā)生。在礦山開采中，安全始終是要放在第一位的，每一個礦山都有嚴(yán)格的安全防范制度，但是在實際的作業(yè)過程中，會出現(xiàn)不按規(guī)格開采的情況，如果可以用監(jiān)控體系來加以管理，就可以有效地防止這些情況的發(fā)生，將監(jiān)控管理人員發(fā)現(xiàn)礦工在開采的過程中存在安全方面的隱患時，就可以及時地加以糾正和制止，能夠有效的預(yù)防安全事故的出現(xiàn)。自動化技術(shù)最基本的特點是自動化和先進(jìn)性，自動化是指的在較少人工干預(yù)的情況下，機(jī)械可以自主地完成一些復(fù)雜的開采任務(wù)，機(jī)械的行為是由計算機(jī)控制，通過自動化機(jī)械來代替人工開采不僅能夠提高效率，減少人工投入，還能極大地提升生產(chǎn)時的安全系數(shù)。

2技術(shù)特點

（1）提升機(jī)控制系統(tǒng)。該部分系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由PLC構(gòu)成，主要負(fù)責(zé)提升機(jī)各項控制功能的發(fā)揮以及運行安全保護(hù);能夠?qū)崿F(xiàn)手動、全自動、檢修、慢車、緊急停車等要求，并達(dá)到功能的操控和使用;對提升機(jī)的操作邏輯進(jìn)行控制和閉鎖;對傳動系統(tǒng)的運行速度進(jìn)行控制與給定;優(yōu)化信號系統(tǒng)的控制;對提升機(jī)機(jī)械、液壓、潤滑等類型故障的檢測、監(jiān)控與報警等;實現(xiàn)編碼器之間的相互監(jiān)控和斷線保護(hù);讓硬件、軟件安全電路之間形成冗余，進(jìn)而形成相互閉鎖狀態(tài);對提升機(jī)制動系統(tǒng)的工作閘和安全閘進(jìn)行穩(wěn)定控制;測量和顯示提升機(jī)的位置、運行速度等指標(biāo)信息;根據(jù)故障類型，來實現(xiàn)對安全制動故障、先電制動后安全制動故障等有效處理，有效防范安全事故的發(fā)生;具備短路、過負(fù)荷、漏電、過壓、欠壓、接地等電氣保護(hù)功能。（2）操作和安全保護(hù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由Siemens公司之S7-300系列中兩套不同配置的編程控制器和兩套PLC，兩者互為CPU冗余控制。在主控和輔控操作系統(tǒng)之間可以相互通訊和監(jiān)視，對提升機(jī)運行的關(guān)鍵信號采用二重和三重保護(hù)設(shè)計，可以有效的防止減速、過卷等故障的發(fā)生，PLC保證有20%的I/O備用接口。另外，PLC操作控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)提升機(jī)手動、自動、半自動、檢修及緊急控制等各種功能的操作與控制。當(dāng)提升機(jī)處于手動操控狀態(tài)時，0.1～3.7m/s司機(jī)依照信號系統(tǒng)的指示和要求，通過速度給定器件進(jìn)行提升機(jī)操控，讓其能夠依照預(yù)期進(jìn)行速度運行、自動準(zhǔn)確停車、制動減速等，這些功能的操作處理會受到行程控制器的限制。當(dāng)提升機(jī)處于全自動操控狀態(tài)時，在正常的自動運行邏輯下，司機(jī)不需要進(jìn)行任何操作，只需要對運行狀況進(jìn)行跟蹤監(jiān)視。控制系統(tǒng)會根據(jù)實際情況來自動完成一個提升循環(huán)，并具有安全聯(lián)鎖。司機(jī)只能夠完成緊急停車等操作。當(dāng)提升機(jī)處于半制動運行狀態(tài)時，在運行邏輯正常的情況下，司機(jī)可以根據(jù)系統(tǒng)發(fā)出的卸裝信號來啟動設(shè)備，實現(xiàn)提升機(jī)的提升循環(huán)，并安全聯(lián)鎖。而系統(tǒng)設(shè)備則會自動選擇和控制方向，并控制運行速度、自動

加減速等功能。在提升機(jī)處于檢修狀態(tài)時，檢修速度則為0.1～0.5m/s，該狀態(tài)下，設(shè)備不具備自動化控制功能。

3電氣自動化在智慧礦山中的應(yīng)用

3.1電氣自動化技術(shù)被運用于通風(fēng)系統(tǒng)中

礦山所處的地理位置非常特殊，四周的環(huán)境較為惡劣，一般的通風(fēng)系統(tǒng)無法起到很好的作用，所以可在其中采用有層次、離散的電氣自動化技術(shù)，從而充分發(fā)揮通風(fēng)系統(tǒng)的作用，減少安全事故及故障的發(fā)生。所引入的通風(fēng)自動化系統(tǒng)中，具體包括光纖傳輸、環(huán)形網(wǎng)絡(luò)、多機(jī)聯(lián)合、備用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等。借助組態(tài)軟件和編程軟件來控制礦井通風(fēng)自動化系統(tǒng)的主站及分站，通過完全自動的編程控制，從而促使礦井通風(fēng)系統(tǒng)的運行更加順暢。電氣自動化技術(shù)和礦井通風(fēng)系統(tǒng)的結(jié)合，提高了自動控制的成效，而且具有數(shù)據(jù)顯示、故障記憶、自動報警等功能，所以非常安全、方便和可。

3.2電氣自動化技術(shù)被運用于排水系統(tǒng)中

將電氣自動化技術(shù)和礦山中的排水系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)合，從而產(chǎn)生全新的礦井排水綜合自動化系統(tǒng)，促使排水更加順暢、安全。總體來說，其具有的原理與功能如下：第一，自動化技術(shù)可使水泵全自動運行、開啟、停止，同時會計算投入量，從而科學(xué)地分配各個機(jī)械設(shè)備工作量，最終改善和提升排水的效果，并且起到節(jié)能的作用。第二，自動化技術(shù)可進(jìn)行保護(hù)，同時具有設(shè)備運行故障的備用預(yù)案，并可降低風(fēng)險發(fā)生的概率。第三，自動化技術(shù)能進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，泵房的各種參數(shù)及運行狀況會及時進(jìn)行傳遞，中心再按照所傳遞過來的數(shù)據(jù)和信息來發(fā)出指令，從而達(dá)到遠(yuǎn)程操控的作用。第四，礦山運行過程中很容易產(chǎn)生突發(fā)情況，所以在自動排水控制系統(tǒng)中采用了幾種不同的模式，即手動控制、井上遠(yuǎn)程控制、井下自動控制，而且能更好地進(jìn)行核準(zhǔn)。第五，全面地提升智能化水平，其系統(tǒng)軟件包中有海量參數(shù)，同時嵌入了一些控制策略和決策。也有一些礦井，通過采用PLC自動設(shè)備來對水位進(jìn)行監(jiān)控，自動控制水泵的開啟、關(guān)閉，按照礦產(chǎn)開采時的蓄水情況合理地控制水泵。

3.3電氣自動化技術(shù)被運用于供電系統(tǒng)中

供電系統(tǒng)屬于礦山中非常關(guān)鍵的一部分，其關(guān)系到礦山的整體運行。為了實現(xiàn)智慧礦山的建設(shè)目的，可在供電系統(tǒng)中采用電氣自動化技術(shù)，從而促使供電實現(xiàn)自動識別、自動運輸?shù)墓δ堋？偟膩碚f，礦山自動化供電系統(tǒng)包括綜合保護(hù)設(shè)備、監(jiān)控分站、傳輸通道及地面操作系統(tǒng)等。具體內(nèi)容如下：1）綜合保護(hù)設(shè)備包括遙測、遙信、遙控、遙脈等部分，不但能對電路信號和功率進(jìn)行監(jiān)測，也能遠(yuǎn)程控制開關(guān)閥和定值，或者開展遠(yuǎn)程通信。其作用是對礦井中的高壓配電設(shè)備和供電線路進(jìn)行一定的保護(hù)。2）監(jiān)控分站屬于全新的嵌入式控制體系，其可以采集諸多信號，并且進(jìn)行遠(yuǎn)程通信。在進(jìn)行供電的過程中，其將操作運行的數(shù)據(jù)和信息集合在一起，再進(jìn)行科學(xué)合理的轉(zhuǎn)化，從而使其成為運行統(tǒng)一的參數(shù)。借助相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)，將監(jiān)控獲得的相應(yīng)參數(shù)傳遞至地面操控中心，實施操控中心反饋的命令。同時隨時進(jìn)行報警，發(fā)出斷電的信息，從而使得地面控制中心和綜合保護(hù)設(shè)備之間實現(xiàn)信息的共享。

結(jié)語

社會對于資源的需求預(yù)示著礦山工作模式改革處于一個十分緊迫的狀態(tài)，隨著信息技術(shù)和機(jī)械自動化技術(shù)的發(fā)展，智慧礦山理論越來越成熟，并且大多數(shù)理論都已經(jīng)開始應(yīng)用于實踐，相信隨著我國綜合國力的加強(qiáng)，自動化設(shè)備和智慧礦山改造的速度會越來越快。

參考文獻(xiàn)：

[1]章璐瑋.礦山自動化設(shè)備研究及實踐應(yīng)用[J].中國設(shè)備工程，2020（24）：193-194.

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