煤礦機電設備自動化系統功能設計要點

＊于 浩

（山西潞安郭莊煤業有限責任公司 山西 046100）

引言

鑒于煤礦能源開采的難度逐漸增大，所面臨的開采環境也更為惡劣，如果還是采取人工開采的方式將對作業人員的人身安全構成極大威脅，同時也難以保障煤礦能源的開采效率。針對此類問題，煤礦企業紛紛加大了對機電自動化設備的投入力度，希望借助自動化設備來代替人工開采，在保障作業安全的同時提高開采效率。在不斷發展的過程中，大部分煤礦開采企業均已認識到了自動化生產的重要性，并且積極研究煤礦機電設備自動化系統的設計方法。

1.煤礦機電設備自動化系統設計應遵循的基本原則

(1)經濟性原則

針對機電設備自動化系統進行設計時，既要考慮煤礦開采的實際要求，使其功能性符合具體工況要求，還應考慮到經濟性因素，即保障前期的設備投入能夠創造更好的生產價值。另外，采用機電設備自動化系統來代替人工生產也可降低一定的生產風險，使煤礦企業得以健康發展。

(2)安全性原則

現階段的煤礦開采工作所面臨的生產環境較為復雜，在實際生產過程中存在多種安全隱患。機電設備自動化技術的應用可以借助自動化設備來代替人工開采，這在一定程度上提升了煤礦開采的安全性。而在針對系統功能進行設計時也需要結合煤礦開采區域的工況，有針對性的優化系統功能，確保其能夠結合具體的工況完成自動化開采，實現高效、安全開采的最終目標。

2.機電設備自動化系統功能設計要點

(1)相關技術

①數字集成技術

機電設備自動化系統中，數字集成技術的應用目的是對系統中各個層級的信息進行采集和集中處理，并由決策層下達指令，實現自動化操作。在煤礦開采的過程中，遠程控制系統發揮著突出的作用，通過對各類工況信息和開采信息的集中處理，下達動作指令，在數字集成技術的作用下可實現對整個系統中數據信息的有效傳輸，保障煤礦開采動作的高效性和安全性。機電設備自動化控制系統架構見圖1：

圖1 機電設備自動化控制系統架構

②信息集成系統

信息集成系統主要由IFIX組件以及Web服務器共同組成，該系統屬于信息集成處理的核心平臺。在實際生產的過程中，系統中的各類數據匯入該平臺并完成集成處理，保障對各類數據信息的高效開發與利用。在該集成系統中所生成的數據和報表信息等可在不同的終端平臺上瀏覽，為具體的煤礦開采工作提供準確的數據支持[1]。

③網絡信息技術

網絡信息技術在機電設備自動化系統中的應用可通過通訊組態來實現信息的及時共享。尤其是在進行井下作業時，可以借助網絡信息技術實現對井下作業狀況的實時了解，該項技術的應用可保障信息傳輸效率。系統操作人員可以通過井下攝像機所傳遞的圖像信息和語音信息對系統操作進行及時調整，從根本上提升煤礦生產的有效性。

(2)系統功能模塊設計

①井下皮帶集控模塊

井下皮帶集控系統主要由通信平臺、PLC控制站以及地面監控系統共同組成，為了保障地面監控系統的持續作業，對煤礦開采的整個過程進行實時監測，需遵循冗余技術原則，設置兩臺計算機，確保當一臺計算機發生故障時，另一臺計算機可繼續發揮作用。其中的PLC控制站是保障系統良性運行的核心，主要是通過對各類信號的采集來及時了解井下作業狀況，實現對井下作業的有效控制。此外，井下集控系統與地面監控系統的良好通信，也能保障系統各功能的有效協同，實現對井下皮帶系統的集成控制，從根本上提升煤礦開采的效率[2]。

為了提升井下皮帶集控的可靠性，系統中對膠帶運輸系統的控制方式進行了細分，一種為自動控制方式，一種為手動控制方式。此種控制方式的設計可以在發生系統運行故障時采取手動控制方式，保障膠帶運輸系統的穩定運行，降低系統故障問題對井下作業效率的影響。尤其是在發生突發性的故障問題時，采取手動控制措施可以降低井下作業中的安全風險。該系統運行中還可實現對膠帶運輸運行狀況的實時檢測，這在一定程度上提升了井下作業的可靠性。

②設備故障預警模塊

機電設備自動化控制系統在實際應用的過程中很可能由于部分設備損壞而影響煤礦開采的效率，在無法及時發現和排除故障問題的情況下很可能造成大范圍的故障問題，嚴重影響煤礦生產。基于此類問題，在進行系統設計時，應在其中設置故障檢測和報警功能，采用PLC控制程序實時監測系統中各設備的運行狀況，一旦發現參數輸入錯誤或者與實際設定程序出現偏差的動作，便可及時發出警報，并對故障位置和故障表現進行明確，使相關檢修人員能夠在短時間內確定故障位置，及時排除故障問題[3]。另外，也可在系統中引入智能化技術通過有效的編程設計對各機電設備的運行狀態進行實時監測，并在系統內部完成對設備運行質量的分析，當發現運行異常現象時通過對集成數據的分析，提出對應的解決方案，從根本上增強機電設備自動化系統的應用成效，促使其在煤礦開采工作中發揮更大的作用和價值。

③調度應用模塊

煤礦開采過程中，機電設備自動化控制系統發揮著突出的作用。在近些年的發展中，隨著對機電設備自動化控制技術的研究與應用，對自動化系統的功能進行了逐步的完善，同時也結合煤礦開采作業中的應用需求對調度應用界面進行了簡化，系統界面見圖2。在系統界面中，設置了較為明確的用戶操作模塊和管理模塊，在系統控制頁面中，用戶可根據實際的生產操作要求，調取相關的生產參數，并且將一些信號以圖像形式顯示，根據實際操作需求用戶可對圖像窗口執行拉伸操作和拖拽操作，為調度控制工作提供了極大的便利。系統界面還可追蹤各類信息源，并顯示設備運行數據和參數，當設備運行參數異常時，可直接在界面上給出提示。之后提出相應的應急預案，供操作者選擇。系統運行過程中的所有操作均有信息記錄，這為后期的系統維護和設備維護提供了較為準確的數據支持。另外，在系統界面中可以查看井下作業狀態，在網絡信息技術的支持下及時同步井下作業信息，確保在發生安全問題時，能夠及時對設備運行狀態做出調整，將安全事故的影響降至最低。

圖2 控制系統界面

3.結語

隨著煤礦開采難度的加深，對煤礦開采的作業要求也有了一定的改變。除了要保障煤礦開采效率以外，還應保障開采作業的安全性。因此，有必要借助機電自動化控制技術、網絡技術以及數字集成技術等構建起機電設備自動化控制系統，借助大量的自動化設備來代替人工開采。上文中明確了機電自動化系統功能設計的基本原則，并結合實際的煤礦開采需求對其系統功能設計進行了具體分析，以其能夠為今后的煤礦開采工作提供一定的借鑒，使其能夠更好的促進煤礦開采事業的健康發展。