矿山机电一体化的创新及发展分析

杨成军

（云锡股份公司卡房分公司，云南 红河 661000）

矿山机械机电一体化在原有的机电一体化技术基础上融入现代化的自动控制和计算机网络技术，以信息化、智能化和数字化方式更加灵巧方便的控制网络，协同使用多种矿山机械设备使矿山工程的管理和运行得到有力支持，并大大提升其自动化与智能化的水准和生产效益效率，确保工作人员安全便利的操作。因此本文针对矿山机电一体化的发展与创新进行探究。

1 矿山机电一体化技术的具体应用

1.1 在安全生产监控下的应用

当前不少使用监控系统的金属矿工程依然存在某些问题，传感器不足、使用寿命短且没有较好的稳定性是主要的使用问题。虽然某些研究单位已进行大量研究和多次的技术改造，但获取的效果依然不理想，因此无法获得较高的实际现场应用率。当前国外借助飞速发展的软硬件和计算机网络技术提高了运行质量和速率，声像信息媒体和光缆的传输介质极大的改善了矿山的安全监控系统，从而使矿山机电一体化技术的水平大大提高。当前国内金属矿山安全生产监控系统在某些科研单位及企业中正在生产和研究［1］，在矿山产业的实际工作中更成为拥有突破性的技术探索，为国内矿山企业的安全生产提供了有力保障。如我国研究单位所研究出的KJ95、90等监控系统，均为基于金属矿山生产特征应用机电一体化后形成的符合该地区开采特色的安全监控系统，其智能化优势已基本和国际先进水平持平。

1.2 在有色金属矿山开采上的应用

采矿机在有色金属矿山开采工程生产期间是常常用到的重要机械之一。当前我国有色金属开采工程中的采矿机应用机电一体化技术使机械的生产效率大大提高并强化了采矿机的性能，相较于传统的采矿机将其进行技术改造后使其牵引性能更加优良。将采矿机提供的基础牵引力作为基础通过电力制动方式解决了采矿机容易下滑的问题，并克服了采矿机运行期间产生的巨大阻力问题，同时向电力系统返送多余的电能，保证设备安全实用的前提条件下大大节约能源使用。利用计算机网络技术进行控制的有色金属矿物采掘工作可通过数据传输将各个挖掘点和工作面联网，为工作人员的检测提供便利的同时可大大减少现场处理工作人员的数量，通过计算机网络技术便可将工作中的违规及随意行为随时纠正［2］。借助计算机工作人员可随时查找所需的数据信息，管理人员可在任意地点对施工现场进行控制管理。

1.3 在矿井提升机中的应用

作为采矿作业中发挥重要作用的矿井提升机，无论是在内部结构或实际使用方面均和机电一体化技术的关系密切。内装式与直流电是采矿提升机的两种主要类型，其中内装式提升机通过对程序进行驱动使其内部的滚动结构启动，开展后续工作。其工作原理和自身系统处理与现代化的金属矿山生产相适应。另外直流电提升机对机电一体化技术的应用可在程序方面上提升其内部结构的敏捷度和高效性大大提高。在物理机械、电力电子设备、计算机和自动控制设备4个环节上展开机械操作能够有效缩短变速时间并节省机械的能源消耗，从而将传统直流电提升机井下作业时间长、无法准确快速的输出和输入信息等问题解决［3］。

2 矿山机电一体化创新

2.1 机电集成

机械系统整体与电气的相互作用及两者之间如何相互作用是机电的偏重点，其中最突出的是直流电机的系统，可被设计和操作从发电机产生电力或作为电动机供电。拥有机械过程及电器的装置是机电装置，而机械和电气工程中的程序与流程又是机电集成的内容。作为机电组件的手动开关利用机械运动输出电能，而涉及电磁原理的机电集成如继电器对电流及电压的操控需要通过电磁阀和机械开关触点，对另一个正常隔离的电流或电路电压进行操控才可成为电磁阀中的移动连接设备进行驱动。电压利用电磁阀可制动其中的移动联动装置。所有将燃料作为基础的发电机所需的电力均可靠机械运动转换而得，如水力和风力等可再生能源的发电所需的动力均由机械系统提供，获取的电力就是依靠机械系统将运动转换而得。一个借助逻辑执行相同任务的程序和几百万个晶体管是集成微控制器电路所包含的内容。如机械式电动执行器其机电部件只有移动部件。由于该系统中所有点需要通过机械运动才可正确操作，所以会受到最终毛病以及机械磨损等问题的影响。如果电子电路设计正确则大部分可简单的应用于反馈控制系统中［4］，没有移动部件的电子电路的正常工作可以几乎无限期的开展。不使用电磁原理的压电装置属于另外一种机电装置，借助电信号压电器件可从机械振动或声音产生电信号，利用电信号又可产生振动或声音。

2.2 自动化开采

当前矿产企业在开采过程中已逐渐将自动化设备作为人力开采的替代，自动挖掘包含采矿设备和车辆应用机器人技术以及自动化的采矿过程和软件两种技术类型。矿业开采企业利用自动化流程或软件可获取更多的控制运营权。驾驶员辅助、全自动化、远程控制和遥控操作是4种矿山设备自动化的形式。其中远程控制技术是使用自动化采矿设备最经济的一种方式，采矿车辆作为远程操作的矿产开采设备通过远程操作员对附加定位软件、相机及传感器进行控制可通过数据定位并对车辆遥测进行更好的访问，而矿产开采车辆控制功能依然可以使用其他手持控制装置或操纵杆。地下采矿、地形不稳定、存在碎片下落的高风险区域及爆炸区域等危险地区适用于该技术。遥控采矿设备是指如推土机或挖掘机对矿产开采车辆通过手持遥控器进行控制，在视线范围内操作员可利用遥控器对正常的车辆功能进行操作。但机器的感觉和可见度大大降低，而使用遥控器通常也会使采矿车辆的出产功率大大降低。

2.3 控制、传感及产品功能的创新

将拥有更优良性能的传感器研发出来，尤其是研发矿山开采的专用型传感器都可为矿产企业获取很大的市场竞争优势。这是因为控制系统能够受到机电产品性能的直接影响，良好的性能可有效控制执行机构位移、加速度及速度。另外作为机电一体化重要内容的传感仪器及技术，通过对传感器进行创新，检测技术可使微处理器的研发速度加快，大幅度的提升机电产品在网络等方面的控制。通过机电一体化技术所生产的产品功能往往在创新时侧重于两方面:一是按照实际的采矿状况并根据新型产品的研发需求使其功能可将实际生产需求满足，这需要矿产企业加大研发新型技术和创新能力的力度，也就是大力投入技术和资金将拥有实际应用价值的新型产品研发出来，才可切实保障企业的高效运转。二是不断完善创新已开发的产品从而延伸和扩展其本有的功能，极低甚至可忽略的风险不用投入太多的技术和资金便可完善与改造产品功能。

3 矿山机电一体化的未来发展趋势

3.1 智能化发展方向

当前智能化信息技术的快速发展使人们常常会大量的使用数据挖掘技术等，机械设备融入这些现代信息技术可帮助相关工作人员通过程序语言对机械设备的复杂工作进行合理安排，从而优化矿产企业组织结构，获取更多的社会经济效益同时有效减少人力消耗。向智能化方向发展的矿产机械设备能够使用一些人类简单的行为知识且行动及操作方式也更灵活，提炼特有的逻辑流程及思维的机器人行为还可对人类数据分析的方法及能力进行模拟，比如机器人在未来会发展成为拥有高度逻辑判断力和自我决策力等的智能机械人，从而逐渐从人类的控制中摆脱出来。

3.2 网络化发展方向

快速发展的网络一体化技术极大的改变了人们的生活和生产方式，同时使机电一体化设备也受到了极大影响。例如借助网络一体化技术分析处理设备状态并采集数据信息，可对机电一体化设备的市场需求进一步了解，帮助生产厂家研发生产能够满足市场需求的机电一体化设备。通过共享机电一体化设备工艺技术可以快速传播企业信息，使企业及相关人员对出现的新型设备生产工艺及产品设计了解，借助网络传播等途径人们也可对新的设备产品构思及公益等共同探讨。借助网络一体化技术在未来远程操作机电一体化设备的使用和开发也成为一种极大的可能。

3.3 兼顾环保应用需求

在开发各种新型技术的同时人们一定要高度重视周围不断恶化和减少的生存环境及自然资源，新型技术的研发在确保现代科技进步发展的同时也要兼顾环保问题。因此设计机电一体化产品时，应当注重其是否与环保的设计理念相符才能满足现代人们的实际需求，对机电一体化设备进行设计时一定要综合有效的利用资源，保证机电智能一体化设备性能及特点能够满足环保需求。同时尽量回收废旧的机电资源才可通过最小的机电资源获取良好的环保效果并获取最大的经济产出，使机电一体化技术能够快速向环保现代化方向发展。

3.4 系统化及微型化发展方向

系统能够任意组合、裁剪并灵活组态，寻求实现综合管理和协调控制多子系统的目的方向，进一步对系统体系结构使用模式化和开放式的总线结构便是机电一体化技术系统化的表现特征之一。特征表现之二是除了常用的通信方式如RS232以外，需要逐渐采用能够将多系统和远程通信联网实现的局部网络，这样可有效增强机电一体化的通信功能。由于未来人们和产品的关系要求机电一体化产品拥有人的情感、人性，因此可按照某些生物体的优良构造对新型机体进行研究。机电一体化的新发展方向是将微电子、微机械和软件技术高度融合于微型机电一体化系统中，拥有灵活运动、微小体积和耗能等特点的微机电一体化系统可代替一般机械进入其无法涉足的空间中并精细操作，因此在生物医疗、航空航天甚至国防等各个领域的应用前景十分广阔。

3.5 集成模块化发展方向

机电一体化设备在矿山生产中拥有较多的种类和数量，且类型不同的机电设备性能也各不相同，为使矿山机械设备的一体化性提高应当对集成模块化技术推广使用，通过与各类产品的结合组建为联合系统可提供极大的便利给矿山的开发生产和勘察。将标准化接口和功能模块化作为基础的集成模块化能够扩展升级原先产品的功能模块，优化和高效集成多种功能从而提高矿山工作水平。

4 结语

综上所述，满足现代工业生产多元化需求的矿山机电一体化技术使矿山作业远程监控和自动化的可能性大大增加，有效提高工作进度和效率的同时将能源损耗大大减少，有力保证了环境不受污染和工作人员的操作安全并帮助企业得到更好的市场竞争力和更多的经济价值。因此在未来发展中应当紧跟时代步伐对该技术科学应用并不断优化完善，才可推动现代工业向绿色化、智能化和模块化的方向发展。