煤礦機電運輸系統(tǒng)中自動化技術(shù)的應(yīng)用

李春 吳衛(wèi)國

（棗莊礦業(yè)（集團）有限責(zé)任公司田陳煤礦，棗莊 277523）

目前，我國煤礦事業(yè)處于全新發(fā)展階段，為確保煤礦機電運輸系統(tǒng)良好運行，需引入先進的自動化技術(shù)。煤礦行業(yè)已逐漸加大對自動化技術(shù)的關(guān)注力度，使得煤礦行業(yè)逐漸向自動化、智能化方向發(fā)展。通過高效利用自動化技術(shù)，有效提高了煤礦生產(chǎn)水平。煤礦機電運輸系統(tǒng)在煤礦生產(chǎn)運輸中占據(jù)重要地位，相關(guān)人員需深入探究自動化技術(shù)的具體應(yīng)用，促進自動化技術(shù)與煤礦機電運輸系統(tǒng)深入融合[1]。

1 煤礦機電運輸系統(tǒng)的構(gòu)成

煤礦機電運輸系統(tǒng)是煤礦生產(chǎn)中運輸各種物品的系統(tǒng)，具有高效性、安全性、環(huán)保性及經(jīng)濟性的特點。運輸系統(tǒng)是煤礦生產(chǎn)中不可或缺的設(shè)備，可提高煤礦開采效率，確保煤礦正常生產(chǎn)。煤礦機電運輸系統(tǒng)主要由提升設(shè)備、運輸設(shè)備及控制系統(tǒng)構(gòu)成，具體如表1 所示。

表1 煤礦機電運輸系統(tǒng)構(gòu)成

2 自動化技術(shù)在煤礦機電運輸系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 運輸系統(tǒng)中自動化技術(shù)的應(yīng)用

在煤礦生產(chǎn)中，需要借助運輸設(shè)備將井下原煤輸送至地面指定位置。在此環(huán)節(jié)中，煤礦運輸設(shè)備發(fā)揮著重要作用，若其出現(xiàn)問題，會影響整個煤礦的生產(chǎn)進度，還會對煤礦經(jīng)濟效益產(chǎn)生影響。要想確保煤礦運輸系統(tǒng)始終處于良好運行狀態(tài)，就要積極應(yīng)用自動化技術(shù)，采用可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）調(diào)控煤礦運輸設(shè)備。借助總線通信的方式來控制設(shè)備制動器，并將其與PLC 結(jié)合，實時監(jiān)測煤礦運輸設(shè)備。在系統(tǒng)運行過程中，通過傳感器實時收集設(shè)備運行數(shù)據(jù)，同時向系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫傳輸數(shù)據(jù)。獲得煤礦運輸設(shè)備運行數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫對比、分析原有數(shù)據(jù)與當(dāng)前數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)差異來掌握煤礦運輸設(shè)備的運行狀態(tài)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常情況時，系統(tǒng)能發(fā)出調(diào)節(jié)指令，確保運輸設(shè)備穩(wěn)定運行。若設(shè)備出現(xiàn)故障，則管理人員能通過PLC 及時獲得故障數(shù)據(jù)，從而開展故障處理工作。這樣可以最大限度避免設(shè)備停工問題，不僅能實現(xiàn)煤炭的高效、穩(wěn)定運輸，還能有效預(yù)防設(shè)備故障導(dǎo)致的安全隱患，更好地發(fā)揮運輸設(shè)備的作用[2]。

2.2 提升機系統(tǒng)中自動化技術(shù)的應(yīng)用

在煤礦機電運輸系統(tǒng)中，提升機系統(tǒng)尤為重要，主要借助PLC 技術(shù)實現(xiàn)電氣制動，在控制監(jiān)控系統(tǒng)、操作臺、變頻器等設(shè)備的協(xié)同配合下，開展運輸工作，工作示意圖如圖1 所示。過去，提升機系統(tǒng)主要通過轉(zhuǎn)子回路電阻進行調(diào)速，但這種方式會影響速度控制的準(zhǔn)確性，無法在準(zhǔn)確位置停車。這是因為接線較為復(fù)雜會增加系統(tǒng)維護成本，影響系統(tǒng)可靠運行，再加上受到接觸器頻繁開合的影響，易出現(xiàn)故障問題，經(jīng)濟性較差。為有效解決這些問題，將自動化技術(shù)引入提升機系統(tǒng)，進行系統(tǒng)改造。保留系統(tǒng)的工作機構(gòu)及制動、液壓及推動系統(tǒng)等，在此基礎(chǔ)上重點改造提升機系統(tǒng)的電氣控制部分，優(yōu)化系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)，同時配備傳感單元，使提升機系統(tǒng)具有運行監(jiān)測功能，提高運行效率。具體優(yōu)化措施如下。

圖1 提升機系統(tǒng)工作示意圖

第一，優(yōu)化系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)。將PLC 技術(shù)引入提升機系統(tǒng)，由PLC 采集相關(guān)數(shù)據(jù)信息，并進行數(shù)據(jù)全面分析，通過上位機進行調(diào)速控制工作，確保提升機按照設(shè)定速度穩(wěn)定運行，進一步提高提升機系統(tǒng)的控制精度，使其擁有更高的調(diào)速性能。通過雙PLC 冗余控制結(jié)構(gòu)，即主控機與監(jiān)控機，來控制提升機系統(tǒng)。其中，主控機控制系統(tǒng)輸入/輸出（Input/Output，I/O），監(jiān)控機則采集系統(tǒng)運行參數(shù)。該控制結(jié)構(gòu)可以實時通信，若主控PLC 發(fā)生故障，則由監(jiān)控PLC 控制系統(tǒng)，確保系統(tǒng)正常運行。

第二，優(yōu)化變頻調(diào)速裝置。借助高壓變頻器來控制提升機電機各項參數(shù)，達(dá)到無級調(diào)速的目的。高壓變頻器為交-直-交結(jié)構(gòu)，高壓輸出前需對其進行整流逆變。整流逆變可通過逆變器與整流器加以實現(xiàn)，這樣能進一步提高工作效率，而且能有效減少損耗，控制提升機電機各項參數(shù)。高性能變頻器還能采集參數(shù)，具有較高的安全性能，可達(dá)到自動控制的效果。此外，高性能變頻器與PLC 電控系統(tǒng)協(xié)同作用，能夠獲得更好的控制與監(jiān)測效果。高壓變頻器結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 高壓變頻器結(jié)構(gòu)

第三，優(yōu)化上位機監(jiān)控功能。在提升機自動化改造過程中，借助WinCC 組態(tài)軟件優(yōu)化上位機監(jiān)控系統(tǒng)。這樣不僅可以獲得更加簡潔的可視界面，而且能遠(yuǎn)程控制提升機，全面監(jiān)測運行環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)信息。上位機獲得相關(guān)信息后，監(jiān)測提升機的運行狀態(tài)，確保其穩(wěn)定運行[3]。

2.3 皮帶傳送帶中自動化技術(shù)的應(yīng)用

煤炭運輸系統(tǒng)中的皮帶傳送帶是煤炭開采挖掘的重要設(shè)備，因此需借助自動化技術(shù)來確保其高效運行。在皮帶傳送帶上應(yīng)用自動化技術(shù)應(yīng)關(guān)注以下內(nèi)容。

2.3.1 控制運輸流程

應(yīng)用自動化技術(shù)，增設(shè)傳感器和保護開關(guān)，便于及時處理皮帶傳送帶的異常運行情況。發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)后，可借助故障識別技術(shù)來直接定位故障位置，深入分析故障成因，同時保護開關(guān)能夠防止故障問題擴大。傳感器可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時反饋，控制器獲取數(shù)據(jù)后，能夠全面分析，并結(jié)合最終分析結(jié)果來下達(dá)各種指令，關(guān)閉設(shè)備。完成故障處理后，再次發(fā)出啟動指令，使設(shè)備正常運行，實現(xiàn)安全生產(chǎn)。

2.3.2 實施遠(yuǎn)程操控

借助自動化技術(shù)，實現(xiàn)皮帶傳送帶系統(tǒng)的遠(yuǎn)程操控。這一目標(biāo)的實現(xiàn)，應(yīng)以各項準(zhǔn)備工作科學(xué)開展為重要前提。工作人員應(yīng)全面檢查系統(tǒng)設(shè)備情況，判斷其是否存在異常情況，及時找出存在的問題并進行處理。檢查工作完成后，系統(tǒng)操作人員應(yīng)注重高效溝通，進行信息共享。

在自動化技術(shù)的支持下，皮帶傳送帶系統(tǒng)具有多種運行模式。第一，全運行模式。在這種模式下，皮帶傳送帶系統(tǒng)主要通過共同啟動的方式來啟動主站與分站，達(dá)到統(tǒng)一運作的效果。第二，分運行模式。這種模式表示在系統(tǒng)主站運行環(huán)節(jié)未實施統(tǒng)一化運作，無法控制分站，各分站獨立運行。第三，應(yīng)急運行模式。該模式主要應(yīng)對緊急情況，當(dāng)出現(xiàn)突發(fā)故障時，可通過主機對分站機加以控制，達(dá)到自動化操控的效果，提高皮帶傳送帶系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)效率[4]。

2.3.3 維護操作控制

要想實現(xiàn)煤礦生產(chǎn)作業(yè)的高效開展，應(yīng)科學(xué)使用生產(chǎn)設(shè)備。為使其良好運行，應(yīng)做好定期養(yǎng)護工作。結(jié)合設(shè)備具體情況，科學(xué)制定維護計劃，以此達(dá)到設(shè)備高效運行的目的，促進煤礦生產(chǎn)的高質(zhì)量實施。在皮帶傳送帶上應(yīng)用自動化技術(shù)的過程中，為更好地提高維護水平，應(yīng)將關(guān)注點放在設(shè)備及系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的維護上。在實際檢修環(huán)節(jié)，可選擇開機檢修或停機檢修的方式，具體應(yīng)結(jié)合皮帶傳送帶系統(tǒng)的運行情況來選擇。這樣才能高效開展維修工作，實現(xiàn)故障問題的快速處理。此外，可借助人工監(jiān)測手段科學(xué)進行維修工作，根據(jù)皮帶傳送帶系統(tǒng)的具體需求做出科學(xué)調(diào)整，消除隱患，進而確保其處于正常運行狀態(tài)。

3 煤礦機電運輸系統(tǒng)中自動化技術(shù)的應(yīng)用效果

在煤礦機電運輸系統(tǒng)中應(yīng)用自動化技術(shù)主要取得了如下成效。

首先，運輸過程更加安全、穩(wěn)定。通過自動化技術(shù)的應(yīng)用，可借助智能化計算方法，防止煤礦機電設(shè)備運輸環(huán)節(jié)出現(xiàn)無法處理的情況，達(dá)到自動化運行的效果，避免煤礦機電設(shè)備在運行環(huán)節(jié)受到人為因素的不良影響，出現(xiàn)故障問題。同時，工作人員能夠遠(yuǎn)程操控設(shè)備，避免其出現(xiàn)故障，使煤礦開采、運輸更加安全。在自動化技術(shù)的支持下，系統(tǒng)更加智能化。在實際操作環(huán)節(jié)，當(dāng)系統(tǒng)存在異常情況時，故障檢測功能能夠快速檢測故障問題，及時排除故障，降低操作風(fēng)險。

其次，減少成本支出。應(yīng)用自動化技術(shù)，一方面能避免運輸設(shè)備頻繁出現(xiàn)故障問題，另一方面能減少維修資源消耗，最終實現(xiàn)對設(shè)備維修成本的有效控制。此外，在自動化技術(shù)的支持下，可進一步提高運輸效率，避免運輸環(huán)節(jié)耗費過多能量，從而減少運輸成本支出。

最后，提升產(chǎn)能及工作效能。應(yīng)用自動化技術(shù)能夠促進煤礦機電運輸系統(tǒng)發(fā)揮作用，不僅可大幅增加煤礦產(chǎn)量，還能獲得更高的工作效能。借助自動化技術(shù)，能夠?qū)崟r監(jiān)控電力設(shè)備，當(dāng)出現(xiàn)問題時，可及時發(fā)現(xiàn)并處理問題，最大限度避免因設(shè)備故障等原因引起產(chǎn)量降低，促進煤礦產(chǎn)量穩(wěn)步提升。自動化技術(shù)的運用，還可以精確管理煤礦機電設(shè)備，持續(xù)提升其工作效能[5]。

4 結(jié)語

得益于自動化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，煤礦生產(chǎn)已經(jīng)逐漸向智能化、自動化的方向發(fā)展，煤礦機電運輸也更加安全、穩(wěn)定、高效。應(yīng)用自動化技術(shù)實現(xiàn)了煤礦機電運輸系統(tǒng)、提升機及皮帶傳送帶的自動化，有效提高了煤礦機電運輸系統(tǒng)的運行水平。相關(guān)工作人員需積極探究自動化技術(shù)的應(yīng)用要點，以更好地發(fā)揮出自動化技術(shù)的優(yōu)勢，提升其應(yīng)用成效，促進我國煤礦行業(yè)健康穩(wěn)定發(fā)展。