淺談機電一體化在煤礦行業中的應用

文/王小方，淮南舜天合成材料有限公司

1 煤礦機電一體化技術發展

機電一體化是機械、微電子、控制、計算機、信息處理等多學科的交叉融合，其發展和進步有賴于相關技術的進步與發展，其主要發展方向有數字化、智能化、模塊化、網絡化、人性化、微型化、集成化、帶源化和綠色化。機電一體化技術順應了當今科學技術發展的規律，顯示了強大的生命力。由于煤炭生產是將數百、數千萬噸煤炭從地層深處采掘、運送到地面，因此需采用大量的機電設備才能實現這一目標，而機電一體化煤礦產品則是實現高產高效的最好選擇。機電一體化將機械與電子技術融為一體，使物流、能流、信息流融為一體。

2 機電一體化技術在煤礦中的主要應用

煤礦機電一體化產品已經應用到許多煤礦。國產的以計算機為核心的電牽引采煤機、全數字直流提升機已占領國內市場，我國已經能生產用計算機監控的掘進機、膠帶運輸機、礦井供電設備等。另外，煤礦安全生產監控系統、礦井生產過程自動控制和信息化管理、圖像監視、關鍵設備和主要工作地點、調度室的裝備實現數字化、計算機網絡管理系統在生產調度、財務、人力資源、設備、銷售及辦公自動化都得到了普遍的應用。

2.1 機電一體化技術在采煤機中的應用

機電一體化技術在采煤機的一個典型應用就是電牽引采煤機。近年來，我國電牽引采煤機的研發在消化吸收國外引進采煤機技術的基礎上取得了長足的進步，在我國煤礦綜合機械化采煤工作面，國產采煤機已經占據主導地位，完全采用國產裝備的高產高效工作面不斷涌現。

2.2 機電一體化技術在帶式輸送機中的應用

帶式輸送機是我國煤礦井下輸送系統的主要運輸設備，具有長距離連續輸送、輸送量大、運行可靠、效率高和易于實現自動化等特點。因此，近幾年來帶式輸送機已成為機電一體化技術的研究重點。目前主要采用機、電、液一體化的CST可控軟啟動裝置。它是一種專門為煤炭或金屬礦石的長距離皮帶運輸機而設計的軟驅動裝置。一條皮帶運輸機可以由一臺或幾臺CST驅動。

2.3 機電一體化技術在礦井提升機中的應用

礦井提升機是目前煤礦機電一體化、自動化水平最高的設備，全數字化交直流提升機。伴隨著機電一體化水平在煤礦建設中的迅猛發展，也推動了煤礦建設和生產的全面技術改造，巷道運輸也朝著大功率、大運量、長距離全自動化發展，CST技術具有起動能力優良、可控停車能力強、多驅點功率之間平衡，對過載能力的響應時間短，驗帶速度運行時間無限，CST安裝在低速軸，充分的電腦控制，監控參數可進入“裝置網”（Device net）等優點，尤其是內裝式提升機，從結構上將滾筒和驅動合為一體，機械結構大大簡化，充分體現了機械—電力電子—計算機—自動控制的綜合體。而全數字化提升機的高度可靠，采用總線方式，大大簡化了電器安裝，此外，該設備具有運行效率高，操作簡單方便，維護量小，使用人員少，生產能力強，能耗低，對系統可實現安全分級保密，標準的PLC控制，清晰可見的用戶界面，帶有操作員接口的預防性監測和保護系統等優點。

2.4 機電一體化技術在掘進機中的應用

掘進機是目前大多數煤礦廣泛使用的掘進機械，其電氣部分普遍采用了由礦用隔爆兼本質安全型開關箱（以下簡稱開關箱）、礦用本質安全型操作箱（以下簡稱操作箱）、礦用隔爆型電鈴、礦用隔爆型壓扣控制按鈕、隔爆照明燈、掘進機用隔爆型三相異步電動機、GJC4低濃度甲烷傳感器等組成的掘進機電氣系統。與液壓系統配合操作可實現整機的各種生產作業。其控制系統將控制和保護功能模塊化（主控制器）、有故障記憶功能、有應急遙控功能（遙控器）、操作箱液晶屏與開關箱顯示儀表同步顯示、開關箱與操作箱之間的通訊采用動力載波技術，僅用兩芯通訊電纜便可實現，通訊電纜采用快速插頭連接方式。整個電氣系統具有設計理念新、保護功能全、顯示功能強大、內部元件配置高、結構緊湊、安裝方便、可靠性高等特點。以可編程控制器PLC為核心，對油泵、截割、二運電機的過壓、欠壓、短路、超溫、過載、過流、三相不平衡、電機絕緣進行監控和保護，同時顯示各電機運行狀態、工作電壓、截割電機負荷和各種故障信息。控制回路是以可編程控制器（簡稱P LC）為核心，通過RS485 通訊接受操作箱的控制信號，通過內部程序運算控制繼電器輸出，實現各電機的啟動和停止。

2.5 機電一體化技術在礦井安全生產監控系統中的應用

從多數煤礦使用監控系統的效果來看，還存在一些問題，但是主要問題是傳感器的不足，并且使用過程中，其穩定性相對較差，使用壽命不足，一些研究所和使用單位在這方面進行了大量的研究，對一些關鍵技術也實施多次再設計改進措施，但仍然沒有得到預期的效果，因此這些在實際現場應用率不是很高。在國外，由于計算機網絡軟硬件技術發展很快，運行速度和質量也在不斷提高，傳輸介質由同軸電纜發展到光纜，信息媒體由字符發展到聲像，煤礦的安全監控系統有了很大的發展，他們的機電一體化技術在監控系統上的應用已有了非常高的水平。

3 對煤礦機電一體化技術的展望

煤礦機電一體化技術的發展趨勢是：1)開發有自主知識產權的以煤礦開采技術及配套裝備為主導的核心技術,研究具有自主知識產權的核心裝置；2)增加產品的通信功能,以適應綜合自動化的需要；3)開發以微處理器和微機為基礎的礦井設備工況和健康監測以及微處理器、計算機和專家系統的應用等；4)煤礦機器人仍然是煤礦機電一體化技術今后研究的重點之一。

4 結束語

隨著煤礦生產控制水平和規模的要求越來越高，從而進一步加速機電一體化技術的發展和進步。目前各種高新技術已經滲入到機電一體化技術之中，這些技術的廣泛應用，使機電一體化產品功能更強大、性能更優越，智能化程度也越來越高。不僅減輕了操作人員的勞動強度，而且極大地提高了煤礦的生產水平，因此，采用新的機電一體化技術裝備的煤礦企業，會獲得更加顯著的技術、經濟和社會效益。