煤矿机械设备电气自动化技术应用

2021-12-31刘云鹏尤占一

科技创新与应用 2021年27期

江洋，刘云鹏，马超，尤占一

（铁法煤业（集团）有限公司晓明矿，辽宁铁岭 112000）

煤矿机械设备是保证煤炭生产的基础，对煤炭生产起到了至关重要的作用，机械设备利用程度越高，生产的能力越强，产品质量越稳定。机械设备运行效率与安全性直接影响煤矿生产效率与安全。我国传统煤炭生产主要以人工为主，生产环境恶劣，工人主要集中到井下作业，很容易出现安全责任事故，导致人员的伤亡，将电气自动化技术引进煤矿机械设备运行生产中，能有效解决安全生产的问题，全面提高煤炭生产效率。

1 电气自动化技术对于煤矿生产的积极作用

1.1 促进煤矿安全生产管理水平的提升

煤矿行业生产活动集中在矿井下，矿井下生产环境十分恶劣，存在各种危险因素，稍有不慎则会导致生产责任事故发生，开采人员的人身安全面临巨大的威胁。煤炭生产安全第一，这是煤矿生产核心原则，要时刻警惕，不论任何情况下，都需要以安全为主，在保证安全的前提下，做好质量提升。这给煤炭生产的管理提出了更高的要求，为了全面保证生产连续性，就要加强管理，提高管理能力与水平，通过科学的管理措施，全面为工人创造优质工作环境。现代煤矿生产已经不同以往传统人工作业，通过机械化设备的使用，能够有效提高井下安全性，不管是采掘，还是运输都有了机械作业，通过机械操作，减少人员投入，不仅有效降低人员操作带来的不稳定因素，更维护了生产的安全，通过对井下人员数量的控制，保证了生产的安全，提高了机械化应用层次。电气自动化技术应用能够对事故进行自动识别，提高危险源辨识度，通过远程控制解决好危险问题，大大降低了作业的风险，从根本上保证了生产的效率，自动化应用推动了管理进步。

1.2 提高煤矿机械生产效率

电气自动化技术应用大大提高了设备的稳定性与安全性，通过自动化技术应用能有效实现对机械设备的远程监控、远程操作、远程调试，保证了设备性能的稳定，使生产得以提升。通过远程自动化控制系统，及时查看设备现场运行的情况，能够及时有效发现问题，并对问题成因快速分析，按照故障的情况对设备发布指令，判断设备是否需停工检修，大大降低了因为设备原因导致的生产停工。通过远程控制，进一步提升了设备利用率，全面减少设备检修维护所消耗的时间，减少了成本资源。机械设备运行过程中，难免会出现各种问题，单纯依靠人工来检修，会影响到连续生产，而通过自动化控制技术的应用，大大减少了人为干预，避免了人工操作与管理可能出现的疏漏，对提升煤矿企业生产效益起到了积极作用。

2 故障诊断系统构建

2.1 故障诊断系统的应用

故障系统能够在事故发生前对设备进行预警，及时发现设备运行中的意外危险，使危险系数下降，全面保证设备生产安全。故障诊断系统好坏关系到煤矿机械设备运行的质量，在电气自动化应用中，诊断系统最为关键，是整个系统的核心，当前，其已经拥有了成熟技术及完善体制，充分发挥了系统的综合性作用，减少了设备故障率，保证了生产的安全。在实际应用中设备难免会出现各种问题，意外事故时有发生。有了煤矿机械设备电气自动化技术的辅助能够全面对故障进行分析解决。当下，设备的故障诊断系统包括故障报警、故障分析、故障定位、危害分析等部分，通过各个部分的协调功能，全面保证设备稳定运行。系统的设计非常严密，在实践过程中总结出来的常见问题，通过自动化识别，使煤矿作业更加稳定。

2.2 故障诊断系统原理

故障系统是一个集成体系，由多个预警模块与分析模块构成，在设备稳定运行的情况下，系统不发生作用，出现了问题，故障系统会自动启动，全面发挥分析的功能，查找问题成因，及时做出指令。故障报警信号是在接收到故障信息后开启，设备运行过程中，设置各种参数，如果运行中出现与参数不符的情况，就会及时向后台发出信号，接收到集成设备的各种数据收集，并由分析模块对设备运行情况进行分析，终端设备对故障信息及分析模块所得出的结论自动汇总、归类，同时，输出故障检测分析的结果，使工作人员能够方便快捷地找到问题成因，及时对设备运行参数进行调整，确保了设备的稳定运行。故障诊断系统能在有效预防危险发生的同时，对已发生的危险做好应对，开启紧急断电闭锁功能，确保了工作人员的人身安全，避免设备损坏。

2.3 故障系统建设

故障系统建设需要形成一个全传播链条，这样，才能确保所得到的信息快速到达后台，所以说，建立系统时，我们应注意故障信息传播途径细节的设计。当前，现代传播技术越来越发达，全面提高了信息的传输效率，但是这些技术大多需利用无线电技术及相关光纤才能实现，对于地面传输能够有合理的解决方案，而煤矿机械设备大多在地下，地形复杂、环境恶劣、通信条件差，发挥不出现代通信手段的良好作用，为了避免出现干扰，则需要采用多种方式进行解决，保证信息的传输质量，传统有线传播、蜂鸣报警器是较好的解决手段，能够在不受干扰的前提下，使信息快速传播。

3 当前中国煤矿机械设备电气自动化发展的不足

3.1 电气自动化技术应用水平较低

虽然电气自动化技术在我国应用越来越广泛，但是整体看，技术的应用还不成熟，技术起步晚，和一些发达国家相比，还存在一定的技术壁垒，部分关键技术仍掌握在国外一些大型企业手中，我国自主研发能力跟不上，很多的技术与设备还是靠进口，依赖性依然较高，从长远角度看，技术发展及应用还受到一定限制，我国技术设备独立性不足。

3.2 煤矿电气自动化系统建设效率慢

随着技术不断创新发展，各种新型技术越来越多，要想全面跟进难度较大，煤炭企业进行技术改造，则需要更长的时间，影响了生产的连续性。社会发展过程中出现了能源危机的问题，只有全面保证生产能力，才能推动经济社会发展进步。在此社会大背景下，煤矿企业要进行自主革新，通过改变传统粗放式、低效率生产模式，全面实现生产自动化控制，有效提高生产及管理现代化和精细化水平。加快电气自动化技术革命，是提高效率的关键，但是，我国整体技术创新与建设效率缓慢，跟不上时代的进步速度，要想进行电气自动化系统建设与改造，不但需要投入大量的资金、人力、物力，更要加入时间成本，这是煤炭企业无法承受的压力，技术更新时间长影响到了技术进步，也在一定程度上限制了电气自动化技术推广。

3.3 在电气自动化技术应用中存在的误区

经济效益是煤矿企业共同追求的目标，不论是技术创新，还是设备更新，均是以提高产量为目标，但在企业中，技术创新跟进速度较快，都是以经济为核心进行的更新，在安全生产上还没有重视起来，过度注重经济效益，忽略生产安全是当前自动化推广的误区，自动化是保证安全的一个良好途径，通过安全性的提高，保证生产质量。自动化更新过程中，安全保障系统及相关设施建设较随意，不但不能提高产量，更容易出现安全责任事故。

4 电气自动化技术在煤矿机械设备中的主要应用

4.1 在采掘机械设备中的应用

随着现代信息技术不断的发展，煤炭产业也深度融合了技术形态，全面提高了煤矿机械设备的运行效率，通过深度融合发展，推动煤矿机械设备自动化程度的提高。从当前的发展状况看，大多数煤矿机械设备都实现了电力驱动，保证了设备的稳定性，煤矿机械设备电气系统有了广泛的使用，在稳定性、安全性上得到了全面的提高。现代煤矿机械设备的自动化应用，使设备对复杂环境的适应性提升，提高了生产效率。变频技术能在复杂环境条件下很好地完成任务，通过相关技术的应用，有效保证了设备的稳定运行，机械设备自动化性能大大提升。很多煤炭企业都加大了技术设备的改造，不断提高设备自动化水平，目前较为先进的煤矿机械设备均采用了可编程控制系统，使生产的各个环节自动控制与管理，工作人员只需要在后台做出指令输入，就能够保证设备根据指令程序运行，各种传感器集成到设备中，通过后台的远程控制，对煤矿机械设备具体工作模式进行微调，实现各种机械设备在无人控制的情况下也能安全稳定运行。技术发展越来越快，从目前的煤炭掘进设备中充分体现了技术力量的进步。利用自动化编程，使设备运行的轨道得以控制，编程逻辑控制器能够输入设计思路，根据不同的设备情况全面做好整体功能复述，让设备在无人的状态下保证快速行进，设备能够适应各种环境，逻辑控制器对设备进行路程设计，保证了各功能单元有效控制，后台能够通过远程操作，对设备停止、启动、生产进行操控，满足设备在复杂环境下的正常行进操作。为了全面对设备进行操作，把握重点问题，对各关键节点进行科学监控，现代掘进设备实现了多个传感器互相监控的目标，对重要节点进行多元监控。

在计算机技术的配合下，设备运行更加稳定，全面提高了设备的自动化水平，机械设备数据采集、处理、分析、故障诊断与排除整体效率更高，有效减少了设备故障维修停产时长。

4.2 在运输提升机械设备中的应用

煤炭开采过程中，需要对煤炭进行提升与运输，这样，才能确保煤炭产品的市场化应用。那么进行采煤过程中，则需要全面使用自动化控制技术进行操作，以此，保证开采速度与进度，全面提高生产效率。运输与提升机械设备运行效率与稳定影响煤矿生产效率，20 世纪80 年代开始，我国经济建设快速发展，对煤炭需求量增长，这也对煤炭生产企业提出了更高的要求，只有全面扩大开采量，才能够满足需求，大型煤矿胶带运输是输送原煤的主力设备。煤炭提升与运输是在地面生产模块与采煤工作面间设置皮带输送机，保证了煤炭能够在开采后及时运出，但是，在这一过程中，难免会遇到各种问题，影响到运输的效率，为了全面保证煤炭快速运输，就需要利用自动化技术进行控制，结合现代信息技术，对皮带输送设备进行改进，通过电气系统的应用，实现多种控制方式，如自动控制、远程控制、独立操作、手动操作等方式，能够在避免停产的情况下，做好运输设备的维护与保养，更好地维护企业经济效益。通过电子控制装置的科学应用，大大提高了运输速度与质量，可以根据不同的条件，设计自动调节挡速，全面实现整个系统自动化、精准化的管理目标。在实际生产作业中，可以根据设备运行的故障点做好针对性解决，以需求为导向，设置多个点位的控制，形成精准配合，有效提高带式设备连续运行速度，确保了对运输过程中的准确控制。带式输送设备是当前应用最为广泛的技术，可采取视频监控系统对情况做好实时监控，对设备的运行情况进行快速反应，后台可以根据显现的数据参数，做好运输设备调试，通过电压电流、煤流量、环境、温度等信息内容，及时发现隐患，对故障起到预警作用，煤矿自动化皮带输送设备也是物联网应用的体现，全面提高了设备的智能化水平。

技术创新速度加快，为全面满足新形势需要，我国大力推动胶带运输工况监控系统研发，在技术创新上有了新举措，新技术系统融合了计算机技术和PLC 可编程逻辑控制器技术，使设备的保护综合能力得以提升，设备更加自动化、系统化，通过DCS 分布式控制系统结构应用，全面提高了地面监控能力，使地面实时监控得以实现。我国自主研发的胶带机全数字直流调速系统及胶带集中监控系统也在煤炭生产中得以应用，煤矿运输、提升机械设备的调速系统控制水平有了进一步提高，以PLC 技术完成了提升工艺、同路行程、安全回路等多项控制，全面提高了生产整体效率。

4.3 在安全保障设备及装置中的应用

煤炭生产，安全第一，这是煤炭企业必须要遵循的原则，所以说，不论是技术创新还是设备更新，都要以安全为核心，全面提高生产的安全性。煤矿企业井下作业安全最为关键，作业过程中需配备专门安全监控与保障系统，才能保证生产的安全。监控监测范围覆盖整个矿井，对温度、湿度、瓦斯气体浓度进行全自动、全过程监控，利用现场设置红外线感应自动喷雾装置、断电仪、风电闭锁装置，做好现场的安全控制，及时发现安全隐患，保证生产连续进行。感应装置与监测装置要全面保证对数据的实时传输，直接由后台监控对设备运行质量进行分析，对发现的问题要及时处理，快速反应。

新型掘进机械以PLC 为电气系统主控，能够同时对多单元进行控制，系统能够在不同逻辑模式下做好相互切换，使各点保护器对节点监控更加有效，有效改善工作环境，降低从业人员的危险。