煤礦機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)中自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用

李春 吳衛(wèi)國(guó)

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

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

1 煤礦機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)的構(gòu)成

煤礦機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)是煤礦生產(chǎn)中運(yùn)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(jì)性的特點(diǎn)。運(yùn)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(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)主要由提升設(shè)備、運(yùn)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(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)構(gòu)成

2 自動(dòng)化技術(shù)在煤礦機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 運(yùn)輸系統(tǒng)中自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用

在煤礦生產(chǎn)中，需要借助運(yùn)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(yùn)輸設(shè)備發(fā)揮著重要作用，若其出現(xiàn)問題，會(huì)影響整個(gè)煤礦的生產(chǎn)進(jìn)度，還會(huì)對(duì)煤礦經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生影響。要想確保煤礦運(yùn)輸系統(tǒng)始終處于良好運(yùn)行狀態(tài)，就要積極應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)，采用可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）調(diào)控煤礦運(yùn)輸設(shè)備。借助總線通信的方式來控制設(shè)備制動(dòng)器，并將其與PLC 結(jié)合，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)煤礦運(yùn)輸設(shè)備。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，通過傳感器實(shí)時(shí)收集設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，同時(shí)向系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)傳輸數(shù)據(jù)。獲得煤礦運(yùn)輸設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)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(yùn)輸設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)，系統(tǒng)能發(fā)出調(diào)節(jié)指令，確保運(yùn)輸設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。若設(shè)備出現(xiàn)故障，則管理人員能通過PLC 及時(shí)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(shí)現(xiàn)煤炭的高效、穩(wěn)定運(yùn)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(yùn)輸設(shè)備的作用[2]。

2.2 提升機(jī)系統(tǒng)中自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用

在煤礦機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)中，提升機(jī)系統(tǒng)尤為重要，主要借助PLC 技術(shù)實(shí)現(xiàn)電氣制動(dòng)，在控制監(jiān)控系統(tǒng)、操作臺(tái)、變頻器等設(shè)備的協(xié)同配合下，開展運(yùn)輸工作，工作示意圖如圖1 所示。過去，提升機(jī)系統(tǒng)主要通過轉(zhuǎn)子回路電阻進(jìn)行調(diào)速，但這種方式會(huì)影響速度控制的準(zhǔn)確性，無(wú)法在準(zhǔn)確位置停車。這是因?yàn)榻泳€較為復(fù)雜會(huì)增加系統(tǒng)維護(hù)成本，影響系統(tǒng)可靠運(yùn)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(jì)性較差。為有效解決這些問題，將自動(dòng)化技術(shù)引入提升機(jī)系統(tǒng)，進(jìn)行系統(tǒng)改造。保留系統(tǒng)的工作機(jī)構(gòu)及制動(dòng)、液壓及推動(dòng)系統(tǒng)等，在此基礎(chǔ)上重點(diǎn)改造提升機(jī)系統(tǒng)的電氣控制部分，優(yōu)化系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)，同時(shí)配備傳感單元，使提升機(jī)系統(tǒng)具有運(yùn)行監(jiān)測(cè)功能，提高運(yùn)行效率。具體優(yōu)化措施如下。

圖1 提升機(jī)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(jī)系統(tǒng)，由PLC 采集相關(guān)數(shù)據(jù)信息，并進(jìn)行數(shù)據(jù)全面分析，通過上位機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制工作，確保提升機(jī)按照設(shè)定速度穩(wěn)定運(yùn)行，進(jìn)一步提高提升機(jī)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(jī)與監(jiān)控機(jī)，來控制提升機(jī)系統(tǒng)。其中，主控機(jī)控制系統(tǒng)輸入/輸出（Input/Output，I/O），監(jiān)控機(jī)則采集系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)。該控制結(jié)構(gòu)可以實(shí)時(shí)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(yùn)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(jī)電機(jī)各項(xiàng)參數(shù)，達(dá)到無(wú)級(jí)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(duì)其進(jìn)行整流逆變。整流逆變可通過逆變器與整流器加以實(shí)現(xiàn)，這樣能進(jìn)一步提高工作效率，而且能有效減少損耗，控制提升機(jī)電機(jī)各項(xiàng)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(dòng)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(cè)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(jī)監(jiān)控功能。在提升機(jī)自動(dòng)化改造過程中，借助WinCC 組態(tài)軟件優(yōu)化上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。這樣不僅可以獲得更加簡(jiǎn)潔的可視界面，而且能遠(yuǎn)程控制提升機(jī)，全面監(jiān)測(cè)運(yùn)行環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)信息。上位機(jī)獲得相關(guān)信息后，監(jiān)測(cè)提升機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，確保其穩(wěn)定運(yùn)行[3]。

2.3 皮帶傳送帶中自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用

煤炭運(yùn)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(dòng)化技術(shù)來確保其高效運(yùn)行。在皮帶傳送帶上應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)關(guān)注以下內(nèi)容。

2.3.1 控制運(yùn)輸流程

應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)，增設(shè)傳感器和保護(hù)開關(guān)，便于及時(shí)處理皮帶傳送帶的異常運(yùn)行情況。發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)后，可借助故障識(shí)別技術(shù)來直接定位故障位置，深入分析故障成因，同時(shí)保護(hù)開關(guān)能夠防止故障問題擴(kuò)大。傳感器可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)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(dòng)指令，使設(shè)備正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。

2.3.2 實(shí)施遠(yuǎn)程操控

借助自動(dòng)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)皮帶傳送帶系統(tǒng)的遠(yuǎn)程操控。這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，應(yīng)以各項(xiàng)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(shí)找出存在的問題并進(jìn)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(jìn)行信息共享。

在自動(dòng)化技術(shù)的支持下，皮帶傳送帶系統(tǒng)具有多種運(yùn)行模式。第一，全運(yùn)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(dòng)的方式來啟動(dòng)主站與分站，達(dá)到統(tǒng)一運(yùn)作的效果。第二，分運(yùn)行模式。這種模式表示在系統(tǒng)主站運(yùn)行環(huán)節(jié)未實(shí)施統(tǒng)一化運(yùn)作，無(wú)法控制分站，各分站獨(dú)立運(yùn)行。第三，應(yīng)急運(yùn)行模式。該模式主要應(yīng)對(duì)緊急情況，當(dāng)出現(xiàn)突發(fā)故障時(shí)，可通過主機(jī)對(duì)分站機(jī)加以控制，達(dá)到自動(dòng)化操控的效果，提高皮帶傳送帶系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率[4]。

2.3.3 維護(hù)操作控制

要想實(shí)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(yùn)行，應(yīng)做好定期養(yǎng)護(hù)工作。結(jié)合設(shè)備具體情況，科學(xué)制定維護(hù)計(jì)劃，以此達(dá)到設(shè)備高效運(yùn)行的目的，促進(jìn)煤礦生產(chǎn)的高質(zhì)量實(shí)施。在皮帶傳送帶上應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)的過程中，為更好地提高維護(hù)水平，應(yīng)將關(guān)注點(diǎn)放在設(shè)備及系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)上。在實(shí)際檢修環(huán)節(jié)，可選擇開機(jī)檢修或停機(jī)檢修的方式，具體應(yīng)結(jié)合皮帶傳送帶系統(tǒng)的運(yùn)行情況來選擇。這樣才能高效開展維修工作，實(shí)現(xiàn)故障問題的快速處理。此外，可借助人工監(jiān)測(cè)手段科學(xué)進(jìn)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(jìn)而確保其處于正常運(yùn)行狀態(tài)。

3 煤礦機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)中自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用效果

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

首先，運(yùn)輸過程更加安全、穩(wěn)定。通過自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，可借助智能化計(jì)算方法，防止煤礦機(jī)電設(shè)備運(yùn)輸環(huán)節(jié)出現(xiàn)無(wú)法處理的情況，達(dá)到自動(dòng)化運(yùn)行的效果，避免煤礦機(jī)電設(shè)備在運(yùn)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(shí)，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(yùn)輸更加安全。在自動(dòng)化技術(shù)的支持下，系統(tǒng)更加智能化。在實(shí)際操作環(huán)節(jié)，當(dāng)系統(tǒng)存在異常情況時(shí)，故障檢測(cè)功能能夠快速檢測(cè)故障問題，及時(shí)排除故障，降低操作風(fēng)險(xiǎn)。

其次，減少成本支出。應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)，一方面能避免運(yùn)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(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備維修成本的有效控制。此外，在自動(dòng)化技術(shù)的支持下，可進(jìn)一步提高運(yùn)輸效率，避免運(yùn)輸環(huán)節(jié)耗費(fèi)過多能量，從而減少運(yùn)輸成本支出。

最后，提升產(chǎn)能及工作效能。應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)能夠促進(jìn)煤礦機(jī)電運(yùn)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(dòng)化技術(shù)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控電力設(shè)備，當(dāng)出現(xiàn)問題時(shí)，可及時(shí)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(jìn)煤礦產(chǎn)量穩(wěn)步提升。自動(dòng)化技術(shù)的運(yùn)用，還可以精確管理煤礦機(jī)電設(shè)備，持續(xù)提升其工作效能[5]。

4 結(jié)語(yǔ)

得益于自動(dòng)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(dòng)化的方向發(fā)展，煤礦機(jī)電運(yùn)輸也更加安全、穩(wěn)定、高效。應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了煤礦機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)、提升機(jī)及皮帶傳送帶的自動(dòng)化，有效提高了煤礦機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)的運(yùn)行水平。相關(guān)工作人員需積極探究自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)，以更好地發(fā)揮出自動(dòng)化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，提升其應(yīng)用成效，促進(jìn)我國(guó)煤礦行業(yè)健康穩(wěn)定發(fā)展。