矿山机电自动化控制技术的应用研究

2020-03-06胡延军

中国金属通报 2020年19期

胡延军

（内蒙古平庄能源股份有限公司风水沟煤矿，内蒙古赤峰 024076）

1 矿山机电自动化技术概述

机电自动化主要指的是在机电设备管理与运行的过程中，不需要借助于人力资源，直接利用计算机自动化系统来对机电设备运行时的各种信息加以自动检测、存储、处理、分析与判定的控制过程。现阶段，不仅仅是在矿企，在工业生产企业、工程领域，机电自动化控制技术都有着广泛的应用。综合来看，机电自动化技术是一种集成技术，其包含了微电子、计算机、信息与自动控制等多种技术，可以充分发挥不同技术的优势。微电子技术是带动自动化发展的核心技术，也在一定程度上推进了能源开采行业的机电一体化，使得矿企逐步突破了传统生产模式的限制，取得了卓越的发展成就[1]。

2 矿山机电自动化控制技术的优势

2.1 安全性

当前，我国能源开采行业经历多年的发展已经进入了新的发展阶段，尤其是机电自动化在各个矿企中的应用，更是为能源开采行业的长远可持续发展提供了保障。机电自动化控制技术具有突出的安全性优势，与传统的人工技术相比，机电自动化控制技术下的矿山生产作业更为安全，由于自动化模块可以对生产的全过程、各要素开展全面的监测，这种实时监测能够及时发现生产时存在的异常情况，进而及时将这些异常信息加以反馈，使得有关人员能够及时采取相应的措施来加以处理，保持高效、正常的生产作业[2]。与其他行业相比，矿山开采时的安全风险较大，开采作业中甚至存在着一些不可预测的风险，如果单纯依赖人力管理，往往难以对这些安全风险加以识别、判断与预防，而机电自动化下，由于自动化技术能够全过程、全方位监测，就可以帮助矿企及时制定相应的应急预案，及时消除和较小安全威胁，提高生产的安全性。

2.2 高效率

近年来，计算机技术、信息技术等的出现带动了自动化、智能化技术的进步，在矿山生产的过程中，由于机电自动化控制技术的应用，使得矿山机电设备的自动化、智能化水平大大提升，机电设备必将发挥其在生产中的重要作用，提升整个的生产效率，为矿企创造巨大的经济与社会效益。机电自动化控制技术使得矿山的各种机电设备都能够在生产、运行的过程中实现数据采集、处理与分析的自动化，及时进行故障识别与诊断，而这种自动化控制保持了各种机电设备最佳的运行状态，降低了机电设备的维护成本，使得各种机电设备始终处于高效率的状态下，加快了能源开采行业的智能化，使得矿企的生产效率有所提升，为作业人员创造了更为安全、高效的作业环境与设备支持。自动化控制下对于机电设备的管理与控制更为高效，避免了传统人工操作下的控制误差。

3 矿山机电自动化控制技术的应用分析

3.1 矿井监测、监控和矿井安全生产

在我国矿山企业的生产过程中，需要控制的因素非常多，如果要彻底转变传统的生产模式与管理模式，就需要加大机电自动化控制技术的应用范围与覆盖面。在行业现代化的发展过程中，机电自动化控制技术的应用水平成为衡量矿企综合竞争力、生产能力的重要因素，在机电自动化控制技术下，可以将其应用于矿井监测、监控与安全生产方面，从而为矿山工作人员创造更为安全的作业环境。与发达国家相比，我国能源开采行业在自动化监测技术方面的起步相对较晚，虽然很多矿企都已经实现了自动化监测，但是，其总体发展水平还较发达国家存在一定的差距，且自主创新能力不足，很多的机电设备主要依赖于进口。随着我国自动化技术的日益进步，在矿山自动化监测方面的差距将进一步缩小，在设备、技术引进的过程中，有关的研究人员也加大了在这一方面的技术与设备研究，以提升我国矿山机电自动化监控系统的功能。在矿山安全生产的指导下，很多矿山都逐步引进了自动化集控技术，这一技术的应用不仅提升了生产的安全性，也有助于推进整个作业流程的信息化管理，比如，远程操控技术的应用使得矿山作业环节的人力资源有所减少，对各种工作状态的把握极为便捷[3]。如以某矿为例，自动化监控系统在运行时，主要是通过传感器来进行相应信息的接收的，当所收集到的信息超过了正常标准以后，就会触发声光报警。

3.2 矿井提升机

在矿山生产系统中，提升机是其中的关键设备，这一生产设备具有体积大、重量大的特征，在实际的操作控制方面相对复杂。如果能够在提升机中应用自动化集控技术，就不仅可以使得整个提升机的结构变得更为简单，也能够使得设备本身具有一定的数字化与智能化特征，进而使得设备运行更为可靠与安全。因此，自动化技术在提升机中的应用使得设备具有了更强的自我诊断能力，可以使得提升机在运行时可以与其他设备保持正常的通信，而内部结构的简化也使得提升机的安装与维修更具便捷性。现阶段，一些大型矿企逐步应用了数字直流提升机，通过提升机中微处理装置的应用，可以在设备运行是开展多重寻址操作，进而及时发现设备的故障，使得设备可以具有更高的自检能力，提升系统的功能[4]。

图1 PLC矿山提升机电控系统原理图

如上图所示，上位机作为始端，提升机电动机为终端，在整个系统的运行过程中，操作测控量包含了信号检测高压换向器、加速接触器、制动电源柜与可跳闸制动，这些设备的PLC技术与提升电动机存在双向作用，操作台可以依靠PLC机的应用，来提升自动化控制的效果，最终实现提升电动机的目的。在我国，上位机监控系统多以工控机与打印机为主，上位机的存在承担了人机通信、系统状态监控、设备控制的功能，自动化系统的运行过程中，上位机还可以直接显示系统的运行状态、数据曲线、设备故障，通过相应的数据交换，来实现对整个提升机的网络化控制。

3.3 井下传送带

带式运输机承担着矿山资源的运输任务，在运输的过程中，如果要保障连续性、安全性与高效性，就需要加强机电自动化控制技术的应用。随着我国技术的进步，自主研发的全自动带式运输机中采用了机电一体化技术在很多矿企得到了应用，在具体的应用中，借助于CST可控软件，使得在矿山开采作业中能够保持不间断的井下矿产资源的输送，并可以发挥其智能监控作用，使得带式运输机或者其他机械设备都能够在矿山开采作业中保持良好的运行状态，降低设备的出错率与故障率[5]。井下传送带中机电自动化控制技术的应用不仅保持了运输的连续性，还能够大大提升运输的整体效率，虽然其设备功能有所提升，但是，由于井下作业的距离长、运输时间消耗大，在运输过程中同样存在着一定的安全威胁，在未来的发展过程中同样需要加强自动化技术的应用。

3.4 电牵引采矿机

在矿山开采作业中，采矿机是关键的设备，采矿机能否保持正常的运行状态，将会决定着矿山生产作业是否安全、高效。在当前技术逐步发展的过程中，电牵引技术在采矿机中的应用提升了采矿机的自动化水平，使得整个的采矿机能够发挥其作用。电牵引采矿机下，电能为采矿机提供了牵引力，而采矿机在下滑制动时发电，这种运行与控制模式下，电牵引采矿机在运行时，电能资源得到了有效的利用，减少了电能资源的消耗。电牵引技术下的采矿机具有更高的自动化、智能化水平，使得采矿机的可靠性与安全性大大提升，设备在运行时出现故障的概率大大降低。在具体的应用过程中，专业人员需要结合采矿作业时对于采矿机的相关要求，来对电控系统的相关参数加以相应的调整，使得电牵引采矿机可以具有良好的运行性能。

3.5 风门

由于矿山生产为井下作业，在开采作业中常常会面临诸多的难题，如果在作业过程中缺乏自动化技术的应用，人为操作失误可能会造成严重的生产事故。在一些矿山企业，风门的开闭不合理是作业环节最为常见的问题，而这一问题会导致矿山生产过程中存在较大的安全风险。在传统的生产模式下，大部分矿企采用的是人工控制方式来进行风门的开关操作，长期的人工操作下，可能会导致生产时的安全风险增大，甚至会给作业人员的生命财产造成巨大的威胁。因此，人工控制风门的方式已经不符合当下矿企现代化发展的需求，各个矿企在风门控制的过程中，需改变传统的控制方式，用自动化控制来实现，通过控制指令的自动发送来完成风门的开关。在自动化控制技术下，仅仅需要在初始阶段便捷PLC程序即可，在后续的作业环节，风门的开关都是由PLC系统来完成的。PLC技术是当前应用最多的自动化技术，这一控制技术下具有更高的可靠性、灵活性与便捷性，且抗干扰能力较强，能够避免其他因素对正常操作、控制所造成的不利影响。风门自动化控制下，红外传感器是监视器，其不仅具有基本的监控功能，还兼具语言报警等功能，PLC在接收到红外传感器所发出的信号以后，会立即进行信号的识别与分析，进而控制气缸等执行机构完成相应的动作，在一定的时间段后，自动控制执行机构来关闭风门。在互为连锁的两道风门中的任意一道打开时，PLC控制器会控制执行机构对另一道风门实施闭锁操作，在打开风门关闭以后，控制器会自动进入操作与控制状态。