礦山電氣自動化控制中智能化技術的應用

【關鍵詞】礦山；電氣；自動化；智能化技術

引言

礦山作為重要的原料供應場所，其生產效率和安全性直接關系到國民經濟的命脈。然而，傳統礦山電氣控制系統普遍存在著反應遲緩、適應性差和監控范圍有限等問題，難以滿足現代礦業對高效率和高安全標準的需求。近年來，智能化技術的興起為解決上述問題提供了新的思路。通過集成先進的傳感器、實時數據處理、自適應控制算法以及機器學習等技術，可以極大地提高礦山自動化控制系統的智能水平，從而實現對復雜地質環境和生產過程的高效管理。

一、礦山電氣自動化控制中智能化控制基礎要素

（一）數據要素

數據是智能化控制系統的基石，其不僅包含了礦山生產過程中的各類參數，還包含設備狀態、環境監測、工人操作行為等多維度信息。智能化控制系統通過實時數據采集與分析，實現對生產過程的精確控制和優化。首先，系統需要具備高速且準確的數據采集能力，這依賴于安裝在生產線上的各類傳感器和檢測設備。以上設備能夠捕捉到如溫度、壓力、濕度、振動等關鍵指標，并將這些模擬信號轉換為數字信號供系統處理。其次，數據存儲與管理也是智能化系統中不可或缺的一環[1]。采用高效可靠的數據庫管理系統，可以保證大量數據的有序存儲、快速檢索和安全備份。數據不僅要在本地進行處理和分析，有時還需要傳輸至云端或企業數據中心進行深度分析和長期存儲。此外，數據處理和分析算法是實現數據價值的核心，包括統計分析、趨勢預測、模式識別等，這些算法能夠幫助決策者識別潛在的生產問題、發現優化機會，并支持自動化決策制定[2]。

（二）網絡通信

網絡通信是連接數據采集點、控制器、執行器以及人機界面的紐帶，在礦山電氣自動化控制系統中起著至關重要的作用。一個“健壯”的網絡通信系統需要滿足高可靠性、實時性和靈活性的要求。首先，礦山環境下的網絡通信必須能夠在惡劣的環境中穩定運行，如防塵、抗震、適應大溫差等，這要求網絡設備必須具備較高的工業等級標準。

其次，網絡協議的選擇也至關重要，它決定了數據傳輸的效率和可靠性。常用的工業通訊協議包括Modbus、Profibus、Ethernet/IP等，這些協議能夠確保數據在各個設備間的準確傳遞。隨著無線技術的發展，Wi-Fi、藍牙、ZigBee等無線通信技術也開始被廣泛應用于礦山自動化系統中，其提供了更大的靈活性和可靠性。例如，無線傳感器網絡可以用于難以布線的區域，提高安裝的靈活性和減少維護成本。

二、礦山電氣自動化控制中智能化技術應用

（一）礦山概況

某礦山位于山脈腹地的某大型選礦廠，經過近年來的不斷技術升級和擴建，其礦石處理能力顯著增強，由原本的6，000噸/日增加至目前的15，500噸/日，實現了對礦物資源的高效開發與利用。該選礦廠中最引人注目的是新技改車間，不僅因其成為目前廠區內處理能力最大的單元，而且其4，500噸/日的系統運行時間最長，顯示出卓越的穩定性與成熟性。此系統整合了現代化的自動控制技術、精細化的工藝流程以及高效的物料搬運機制，確保了礦石加工過程中的每一環節都得到精確控制和優化，從而在提高產量的同時降低了能耗和運營成本。車間內部采用了先進的破碎設備、篩分機械以及分選技術，使得礦石的處理更為高效，且最終產品的品位得到了顯著提升[3]。環保方面，該車間也采取了多項措施以減少生產過程中的環境影響，體現了綠色礦業的理念。煤礦智能化采掘工作面如下圖1所示。

（二）電氣自動化控制中智能化技術改造

1. DCS系統技術改造與自動化

在現代碎礦生產過程中，對效率和安全性的要求日益增高，這就需要利用先進的自動控制系統來提升生產管理水平。本次技術改造的核心是實施基于DCS（分布式控制系統）的碎礦自動控制系統。該系統通過集成自動控制裝置和高精度傳感器，實現對生產設備及工藝參數的實時監測和精確控制。關鍵設備的運行數據如溫度、壓力、流量和速度被持續跟蹤，任何偏離預設范圍的值都會觸發控制系統的調整響應，從而確保生產過程的穩定性和連續性。

DCS系統的自動化水平體現在其能夠無需人工干預，自主完成復雜的控制任務。例如，在碎礦過程中，系統會根據礦石的硬度和粒度自動調節破碎機的速度和力度，以優化破碎效率并減少能耗。此外，自動化系統還能預測維護需求，提前安排設備檢修，減少意外停機時間。為了保障作業流程間的負荷平衡，DCS系統采用了先進的算法來分析數據和調整生產線上的物料流。這有助于防止某一環節的過載或物料積壓，從而避免潛在的生產瓶頸。通過對整個生產過程的優化調度，DCS系統不僅提高了生產效率，還降低了生產成本和工人的勞動強度。

2.DCS系統的網絡結構與智能化技術

DCS系統的網絡結構是其高效運行的基礎，通常由現場設備層、過程控制層和監控管理層組成。現場設備層作為系統的基礎，包含了各種傳感器、執行器和現場儀表，它們負責收集關鍵的工藝參數數據并將其傳輸到上一層。這一層的穩定性和準確性對于整個系統的性能至關重要。過程控制層是DCS系統的核心，由中央控制器和相關的控制邏輯構成。中央控制器負責接收來自現場設備層的數據，根據預設的控制策略進行處理，并下發控制指令。這些控制策略通常是經過精心設計的，能夠應對各種復雜情況，確保生產過程的最優化。監控管理層則提供了用戶界面，使得操作人員可以實時監控生產過程，并在必要時進行干預。這一層通常還包括數據分析和報告功能，幫助管理人員評估生產效率，制定改進措施。

智能化技術的融入使得DCS系統不僅僅是一個簡單的自動化工具，而是成為具有學習能力和自適應能力的智能系統。通過應用機器學習和人工智能算法，DCS系統能夠從歷史數據中學習，不斷優化控制策略，提高生產效率和產品質量。同時，智能診斷和維護功能也能夠減少故障率，延長設備的使用壽命。

（三）現場設備層智能化改造

現場設備層改造前后控制信號布置情況見下表1所示。

1.礦倉料位自動控制改造

在礦山作業中，礦倉料位的準確監控和自動控制是確保連續生產流程和優化庫存管理的關鍵。傳統的料位監測多依賴手動檢測，存在較大的人為誤差和響應延遲問題。為了實現自動化控制，可以引入基于超聲波、激光或者射頻識別（RFID）技術的料位測量系統。這些系統能夠實時監測料位變化，并通過可編程邏輯控制器（PLC）進行數據處理和執行相應操作。改造后的自動控制系統應具備以下特點：首先，能夠實時連續監測料位，并具備高精度測量能力，減少物料溢出或短缺的風險；其次，通過設置料位上下限閾值，實現連鎖報警功能，當料位超出預設范圍時，系統能自動調整或提醒操作人員采取措施；最后，系統需與現有的生產管理系統集成，以便于進行中心化控制和數據分析。

2.帶式輸送機的保護與控制

帶式輸送機是連接礦山各個生產環節的重要物流設備。為確保輸送帶的高效運行和延長使用壽命，必須對其實施有效的保護與控制措施。這包括對輸送帶的速度、載重、跑偏、撕裂等情況進行監控，并采用傳感器收集相關數據。保護與控制系統的改進可以通過安裝速度傳感器和重量監測裝置來防止超速和過載情況的發生。同時，跑偏檢測器和撕裂傳感器能夠在出現異常時迅速發出警報并停機，以避免進一步損害。此外，引入遠程控制技術允許操作人員從中心控制室對輸送帶進行監控和操作，提高了靈活性和響應速度。

3.圓錐破碎機自動控制系統改造

圓錐破碎機作為礦物加工中的關鍵設備，其性能直接影響到整個生產線的效率和產品質量。傳統的手動控制方式無法滿足現代礦業對于精細管理和自動化的要求。因此，對圓錐破碎機的自動控制系統進行改造升級是提升生產效率的必要步驟。

改造工作包括引入智能監控系統，該系統通過各種傳感器如振動傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器等實時監測破碎機的工作狀態，并將數據反饋至PLC系統。PLC根據預設的參數和算法自動調節破碎機的各項設置，如破碎腔的緊密度、破碎速度和給料量，從而優化破碎過程并降低能耗。同時，系統還應該具備故障診斷和維護提示功能，減少意外停機時間，提高生產的連續性[4]。

（四）過程控制層改造

原礦倉廠房是碎礦流程的起點，負責存儲和管理原礦石。為提高自動化水平，改造的控制層需引入智能監控系統，通過安裝重量傳感器實時監測原礦倉的料位，確保原料供應的連續性并避免溢倉。此外，料倉下方的給料裝置應配備變頻調速驅動，以精確控制礦石的供給速率?？刂葡到y應與中央控制室聯網，實現遠程監控和調度，提升響應速度和處理能力。

篩分廠房負責對碎礦石進行分類，而中細碎廠房則進一步減小礦石粒度。這兩個廠房的自動化改造關鍵在于提高篩分和破碎效率。通過安裝振動傳感器和顆粒度分析儀，可以實現對篩分效果和破碎后物料粒度的實時監控。PLC系統根據監測數據調整篩分機和破碎機的工作參數，優化生產流程。同時，自動控制系統還應具備故障檢測和診斷功能，減少停機時間，提高生產線的穩定性和可靠性。

帶式輸送機廊是連接各個廠房的重要物流通道，而轉運站則是物料轉運的關鍵節點。為保證物料順暢運輸，帶式輸送機的保護與控制尤為關鍵。改造中應安裝跑偏檢測器、撕裂傳感器以及速度監控裝置，實時監測輸送帶的工作狀態，一旦檢測到異常立即自動停機并報警。轉運站的自動化改造需要引入智能調度系統，通過分析各廠房的生產需求和物料流動情況，自動調配輸送帶的運行，減少人工干預，提高轉運效率?？刂葡到y應與整體生產管理系統集成，實現信息共享和動態優化。

三、礦山電氣自動化控制中智能化技術的應用效果

通過整合智能化技術，改造后的碎礦流程顯著提升了效率與經濟效益。具體來說，四臺破碎機的破碎效率從65%提升至80%，這不僅提高了處理能力，而且優化了破碎效果，為后續的選礦過程提供了更加均勻、適合的物料粒度。這一進步歸功于自動控制系統的精細管理，如自動調節給料速度、智能監測設備狀況和實時調整破碎機械的操作參數等措施。此外，據不完全統計，系統非計劃停車時間每減少1小時，能為選礦廠帶來約5萬元的直接經濟效益。

結束語

智能化技術在礦山電氣自動化控制中的應用不僅具有可行性，而且為礦業帶來了顯著的效益。通過整合傳感器網絡、實時數據處理、自適應控制算法以及機器學習等智能化手段，礦山的生產效率得到了顯著提升，同時作業的安全性也得到了大幅增強。以上技術的應用使得復雜的地質環境和生產過程得以高效管理，減少人為錯誤和事故的風險，優化了資源的利用，并降低了環境影響。

參考文獻：

[1] 趙文誠. 智能化技術在礦山電氣自動化控制中的應用[J]. 自動化應用，2023，64（z1）：103-105.

[2] 周超. 煤炭礦山電氣自動化控制中智能化技術的運用研究[J]. 內蒙古煤炭經濟，2023（9）：136-138.

[3] 李偉. 智能化技術在泵站電氣自動化控制中的應用[J]. 現代工業經濟和信息化，2023，13（7）：132-134.

[4] 袁斌華， 薛彪. 礦山電氣自動化控制中智能化技術的應用[J]. 世界有色金屬，2023（21）：1-3.