礦井機電一體化信息自動化技術(shù)的應用現(xiàn)狀及展望

趙越

摘 要：對煤礦機電一體化自動化水平的發(fā)展方向進行簡單探討后，結(jié)合礦井機電一體化信息自動化技術(shù)的應用現(xiàn)狀，提出了基于信息交互的機電一體化集成自動化管理系統(tǒng)，確定其為未來煤礦機電一體化發(fā)展的重要方向，并對典型邏輯組成網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)進行了詳細分析研究。

關(guān)鍵詞：礦井；機電一體化；信息集成；交互共享

隨著電力電子技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡通信技術(shù)、自動控制技術(shù)等快速發(fā)展，其在煤礦機電一體化產(chǎn)品中的合理應用和技術(shù)升級，為煤礦數(shù)字化、智能自動化、網(wǎng)絡集成化的機電一體化產(chǎn)品的研發(fā)和應用提供了重要技術(shù)支撐，為信息智能化礦井動態(tài)安全管理奠定了良好的基礎。機電一體化水平較高的國家，其采煤系統(tǒng)從井下采煤工作面、掘進工作面、通風、供水、提升，到井上的視頻監(jiān)控、可視化管理、集控中心等，均建立基于DSP數(shù)據(jù)處理為核心的采煤作業(yè)監(jiān)控、監(jiān)測、保護系統(tǒng)，確保煤礦機電一體化設備功能的高效、穩(wěn)定、可靠發(fā)揮，工作效率得到大大提高，能耗大大降低[1]。我國在最近10多年的研發(fā)和應用過程中，煤礦機電一體化產(chǎn)品的性能、使用范圍均有了很大提高，基本覆蓋了整個采煤系統(tǒng)的全過程各環(huán)節(jié)，大大提高了采煤工作效率和安全可靠水平，但同國外發(fā)達國家相比，其機電一體化信息化自動化水平依然存在一定差距。因此，大力發(fā)展我國煤礦機電一體化、智能自動化、信息可視化水平，就顯得尤為重要。

1 發(fā)展煤礦機電一體化自動化水平的方向探討

煤礦機電一體化集成監(jiān)控系統(tǒng)，是以運行環(huán)境數(shù)據(jù)、實時運行數(shù)據(jù)、圖像視頻等基礎數(shù)據(jù)智能自動化處理為核心，實現(xiàn)對煤礦機電一體化系統(tǒng)運行工況、周圍環(huán)境、安全隱患、人員操作、設備性能等進行在線實時檢測分析，避免機電一體化系統(tǒng)中由于某些自動化傳感器的局限性引起安全隱患或故障的漏報或誤報，有效彌補煤礦機電一體化監(jiān)控系統(tǒng)在煤礦生產(chǎn)作業(yè)全過程中的監(jiān)控盲區(qū)，降低事故發(fā)生率，確保工作人員及機電設備長期處于高效、安全的運行工況，有效提高機電一體化系統(tǒng)的綜合自動化、信息化水平。

1.1 建立本質(zhì)安全的機電一體化無線通信系統(tǒng)

結(jié)合RFID無線射頻技術(shù)、WiFi無線終端通信技術(shù)、PDA手持式電話等為核心的機電一體化無線通信網(wǎng)絡技術(shù)，結(jié)合遠距離通信以太網(wǎng)、工業(yè)電視等光纖通信技術(shù)，對煤礦作業(yè)面上的機電一體化設備的運行工況、人員工作位置、作業(yè)環(huán)節(jié)等的實時數(shù)據(jù)信息進行采集，經(jīng)遠距離傳輸?shù)降孛娴募刂行模瑢崿F(xiàn)對作業(yè)面上機電一體化設備和人員的信息的動態(tài)采集、傳輸、運算分析和管理。但由于煤礦作業(yè)環(huán)境較復雜，需要監(jiān)控點、面較多，這對無線通信和光纖通信網(wǎng)絡自身的綜合防爆性能提出了更高的要求。因此，研究監(jiān)控內(nèi)容豐富、系統(tǒng)集成化程度較高、極限功率本質(zhì)安全的通信技術(shù)，是煤礦機電一體化監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的重要方向。

1.2 建立無人工作面遠程集中遙控系統(tǒng)

目前，煤礦井下采煤工作面已結(jié)合PLC、變頻器等機電一體化控制設備，實現(xiàn)了采煤工作面中有人巡視和操控條件下的順槽遙控和記憶割煤，但由于作業(yè)面工序較復雜、工藝內(nèi)容較多，以及井下作業(yè)環(huán)節(jié)較復雜，還需要結(jié)合井下機械設備、電氣設備、通風系統(tǒng)、供水系統(tǒng)等，進一步提高操控系統(tǒng)運行的安全可靠性，實現(xiàn)無人工作面的地面遠程遙控，確保井下具有較高的瓦斯、供水、通風防護等系統(tǒng)的集成監(jiān)控，提高作業(yè)環(huán)境的安全防護水平。

1.3 建立基于信息集成互享的煤礦機電一體化安全生產(chǎn)集成管理系統(tǒng)

目前，我國多數(shù)煤礦機電一體化設備和各種檢測、監(jiān)測、保護子系統(tǒng)大多是獨立運行模式，不能實現(xiàn)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)的相互集成共享和互操作，造成大量的機電一體化信息資源孤島產(chǎn)生，造成大量的數(shù)據(jù)信息資源的丟失和浪費。因此，建立具有統(tǒng)一通信網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)處理平臺的煤礦機電一體化安全生產(chǎn)集成自動化管理系統(tǒng)，已成為煤礦機電一體化發(fā)展的重要方向。

2 基于信息交互的機電一體化集成自動化管理平臺的建立

在煤礦機電一體化信息集成自動化管理平臺系統(tǒng)建設中，統(tǒng)一數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡平臺和統(tǒng)一軟件及數(shù)據(jù)倉庫平臺，需要從系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)、軟件配置等方面確保信息化礦山中的機電一體化各檢測、監(jiān)測、監(jiān)控子系統(tǒng)模塊的集成統(tǒng)一。通過統(tǒng)一數(shù)據(jù)傳輸模式、統(tǒng)一數(shù)據(jù)表達形式、統(tǒng)一數(shù)據(jù)處理格式和統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理方式等，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的相互集成共享，避免數(shù)據(jù)孤島出現(xiàn)，提高數(shù)據(jù)的綜合利用效率水平。

煤礦井下中的機電設備硐室、空壓風機房、中央供水系統(tǒng)、水泵房、膠帶、運輸帶、工作面等作業(yè)面上的無人值守，遠程監(jiān)控，自動操作，是煤礦機電設備安全穩(wěn)定生產(chǎn)急需解決的問題。當?shù)V井工作面有人巡視的條件下，通過順槽遙控技術(shù)已是較為成熟的技術(shù)，但是發(fā)展無限遠程遙控依然還需要進一步加深研究。通過信息集成互相平臺的建設，可以對井下作業(yè)面上的機械設備、供電設備、運輸設備、供水設備、通風設備、采掘設備、檢測保護系統(tǒng)等系統(tǒng)信息的統(tǒng)一采集、集成統(tǒng)一，并可以結(jié)合視頻技術(shù)、3D GIS技術(shù)等，實現(xiàn)三維可視化直觀表達和智能運算分析[2]，形成礦井全過程的動態(tài)監(jiān)測、控制、管理的集成一體化管理，有效提高礦井機電一體化系統(tǒng)的綜合運行安全可靠水平和生產(chǎn)管理的效率效益水平。基于信息交互的機電一體化集成自動化管理系統(tǒng)，其邏輯組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1是某煤礦機電一體化集成自動化管理系統(tǒng)的邏輯組成結(jié)構(gòu)，其包含了環(huán)境監(jiān)測分站（瓦斯、粉塵等）、中央變電所、采區(qū)變電所、中央泵房（供水系統(tǒng)）、采煤機、給煤機、通風系統(tǒng)、傳輸膠帶等子系統(tǒng)。通過工業(yè)現(xiàn)場總線，將底層（機電設備）的一體自動化操控保護系統(tǒng)與地面上的集控中心有機互聯(lián)，便于地面作業(yè)人員進行遠程運作管理和操控。通過大屏幕，工作人員可以可視化了解井下機電設備的實時運行工況狀態(tài)，便于其根據(jù)實際情況制定高效合理的調(diào)控策略，有效提高采煤作業(yè)的工作效率和作業(yè)安全。機電信息一體集成化，是煤礦機電設備研究發(fā)展的重要方向，同時也是一個不斷提高和深化的過程，需要在工作實踐中不斷優(yōu)化改進。

3 結(jié)束語

煤礦機電一體化設備種類和性能的不斷完善，尤其是具有防爆性能的礦用傳感器技術(shù)的進一步提高，能夠檢測到礦井作業(yè)面上更多機電設備的運行工況狀態(tài)和周圍環(huán)境信息，增加了煤礦機電一體化產(chǎn)品的信息化、智能自動化、網(wǎng)絡集成化功能水平。結(jié)合PLC、變頻器、RFID、3D GIS、視頻監(jiān)控等技術(shù)，建立信息交互的機電一體化集成自動化管理系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對整個礦井作業(yè)面的全面、完整地信息采集、遠程傳輸、運算分析和智能決策生產(chǎn)，確保煤礦機電一體化設備系統(tǒng)功能的高效穩(wěn)定發(fā)揮，提高工作面作業(yè)效率和安全水平。

參考文獻

[1]時海蓓.煤礦自動化系統(tǒng)實現(xiàn)的配套裝置簡析[J].科技創(chuàng)新導報，2010，（11）：84.

[2]孫繼平.煤礦自動化與信息化技術(shù)回顧與展望[J].工礦自動化，2010，（06）：26-30.