趙越

摘 要：對(duì)煤礦機(jī)電一體化自動(dòng)化水平的發(fā)展方向進(jìn)行簡(jiǎn)單探討后，結(jié)合礦井機(jī)電一體化信息自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，提出了基于信息交互的機(jī)電一體化集成自動(dòng)化管理系統(tǒng)，確定其為未來(lái)煤礦機(jī)電一體化發(fā)展的重要方向，并對(duì)典型邏輯組成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)分析研究。

關(guān)鍵詞：礦井；機(jī)電一體化；信息集成；交互共享

隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等快速發(fā)展，其在煤礦機(jī)電一體化產(chǎn)品中的合理應(yīng)用和技術(shù)升級(jí)，為煤礦數(shù)字化、智能自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)集成化的機(jī)電一體化產(chǎn)品的研發(fā)和應(yīng)用提供了重要技術(shù)支撐，為信息智能化礦井動(dòng)態(tài)安全管理奠定了良好的基礎(chǔ)。機(jī)電一體化水平較高的國(guó)家，其采煤系統(tǒng)從井下采煤工作面、掘進(jìn)工作面、通風(fēng)、供水、提升，到井上的視頻監(jiān)控、可視化管理、集控中心等，均建立基于DSP數(shù)據(jù)處理為核心的采煤作業(yè)監(jiān)控、監(jiān)測(cè)、保護(hù)系統(tǒng)，確保煤礦機(jī)電一體化設(shè)備功能的高效、穩(wěn)定、可靠發(fā)揮，工作效率得到大大提高，能耗大大降低[1]。我國(guó)在最近10多年的研發(fā)和應(yīng)用過(guò)程中，煤礦機(jī)電一體化產(chǎn)品的性能、使用范圍均有了很大提高，基本覆蓋了整個(gè)采煤系統(tǒng)的全過(guò)程各環(huán)節(jié)，大大提高了采煤工作效率和安全可靠水平，但同國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比，其機(jī)電一體化信息化自動(dòng)化水平依然存在一定差距。因此，大力發(fā)展我國(guó)煤礦機(jī)電一體化、智能自動(dòng)化、信息可視化水平，就顯得尤為重要。

1 發(fā)展煤礦機(jī)電一體化自動(dòng)化水平的方向探討

煤礦機(jī)電一體化集成監(jiān)控系統(tǒng)，是以運(yùn)行環(huán)境數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)、圖像視頻等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)智能自動(dòng)化處理為核心，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦機(jī)電一體化系統(tǒng)運(yùn)行工況、周圍環(huán)境、安全隱患、人員操作、設(shè)備性能等進(jìn)行在線實(shí)時(shí)檢測(cè)分析，避免機(jī)電一體化系統(tǒng)中由于某些自動(dòng)化傳感器的局限性引起安全隱患或故障的漏報(bào)或誤報(bào)，有效彌補(bǔ)煤礦機(jī)電一體化監(jiān)控系統(tǒng)在煤礦生產(chǎn)作業(yè)全過(guò)程中的監(jiān)控盲區(qū)，降低事故發(fā)生率，確保工作人員及機(jī)電設(shè)備長(zhǎng)期處于高效、安全的運(yùn)行工況，有效提高機(jī)電一體化系統(tǒng)的綜合自動(dòng)化、信息化水平。

1.1 建立本質(zhì)安全的機(jī)電一體化無(wú)線通信系統(tǒng)

結(jié)合RFID無(wú)線射頻技術(shù)、WiFi無(wú)線終端通信技術(shù)、PDA手持式電話等為核心的機(jī)電一體化無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，結(jié)合遠(yuǎn)距離通信以太網(wǎng)、工業(yè)電視等光纖通信技術(shù)，對(duì)煤礦作業(yè)面上的機(jī)電一體化設(shè)備的運(yùn)行工況、人員工作位置、作業(yè)環(huán)節(jié)等的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集，經(jīng)遠(yuǎn)距離傳輸?shù)降孛娴募刂行模瑢?shí)現(xiàn)對(duì)作業(yè)面上機(jī)電一體化設(shè)備和人員的信息的動(dòng)態(tài)采集、傳輸、運(yùn)算分析和管理。但由于煤礦作業(yè)環(huán)境較復(fù)雜，需要監(jiān)控點(diǎn)、面較多，這對(duì)無(wú)線通信和光纖通信網(wǎng)絡(luò)自身的綜合防爆性能提出了更高的要求。因此，研究監(jiān)控內(nèi)容豐富、系統(tǒng)集成化程度較高、極限功率本質(zhì)安全的通信技術(shù)，是煤礦機(jī)電一體化監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的重要方向。

1.2 建立無(wú)人工作面遠(yuǎn)程集中遙控系統(tǒng)

目前，煤礦井下采煤工作面已結(jié)合PLC、變頻器等機(jī)電一體化控制設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了采煤工作面中有人巡視和操控條件下的順槽遙控和記憶割煤，但由于作業(yè)面工序較復(fù)雜、工藝內(nèi)容較多，以及井下作業(yè)環(huán)節(jié)較復(fù)雜，還需要結(jié)合井下機(jī)械設(shè)備、電氣設(shè)備、通風(fēng)系統(tǒng)、供水系統(tǒng)等，進(jìn)一步提高操控系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠性，實(shí)現(xiàn)無(wú)人工作面的地面遠(yuǎn)程遙控，確保井下具有較高的瓦斯、供水、通風(fēng)防護(hù)等系統(tǒng)的集成監(jiān)控，提高作業(yè)環(huán)境的安全防護(hù)水平。

1.3 建立基于信息集成互享的煤礦機(jī)電一體化安全生產(chǎn)集成管理系統(tǒng)

目前，我國(guó)多數(shù)煤礦機(jī)電一體化設(shè)備和各種檢測(cè)、監(jiān)測(cè)、保護(hù)子系統(tǒng)大多是獨(dú)立運(yùn)行模式，不能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)的相互集成共享和互操作，造成大量的機(jī)電一體化信息資源孤島產(chǎn)生，造成大量的數(shù)據(jù)信息資源的丟失和浪費(fèi)。因此，建立具有統(tǒng)一通信網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)處理平臺(tái)的煤礦機(jī)電一體化安全生產(chǎn)集成自動(dòng)化管理系統(tǒng)，已成為煤礦機(jī)電一體化發(fā)展的重要方向。

2 基于信息交互的機(jī)電一體化集成自動(dòng)化管理平臺(tái)的建立

在煤礦機(jī)電一體化信息集成自動(dòng)化管理平臺(tái)系統(tǒng)建設(shè)中，統(tǒng)一數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)和統(tǒng)一軟件及數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)平臺(tái)，需要從系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)、軟件配置等方面確保信息化礦山中的機(jī)電一體化各檢測(cè)、監(jiān)測(cè)、監(jiān)控子系統(tǒng)模塊的集成統(tǒng)一。通過(guò)統(tǒng)一數(shù)據(jù)傳輸模式、統(tǒng)一數(shù)據(jù)表達(dá)形式、統(tǒng)一數(shù)據(jù)處理格式和統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理方式等，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的相互集成共享，避免數(shù)據(jù)孤島出現(xiàn)，提高數(shù)據(jù)的綜合利用效率水平。

煤礦井下中的機(jī)電設(shè)備硐室、空壓風(fēng)機(jī)房、中央供水系統(tǒng)、水泵房、膠帶、運(yùn)輸帶、工作面等作業(yè)面上的無(wú)人值守，遠(yuǎn)程監(jiān)控，自動(dòng)操作，是煤礦機(jī)電設(shè)備安全穩(wěn)定生產(chǎn)急需解決的問(wèn)題。當(dāng)?shù)V井工作面有人巡視的條件下，通過(guò)順槽遙控技術(shù)已是較為成熟的技術(shù)，但是發(fā)展無(wú)限遠(yuǎn)程遙控依然還需要進(jìn)一步加深研究。通過(guò)信息集成互相平臺(tái)的建設(shè)，可以對(duì)井下作業(yè)面上的機(jī)械設(shè)備、供電設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備、供水設(shè)備、通風(fēng)設(shè)備、采掘設(shè)備、檢測(cè)保護(hù)系統(tǒng)等系統(tǒng)信息的統(tǒng)一采集、集成統(tǒng)一，并可以結(jié)合視頻技術(shù)、3D GIS技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)三維可視化直觀表達(dá)和智能運(yùn)算分析[2]，形成礦井全過(guò)程的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、控制、管理的集成一體化管理，有效提高礦井機(jī)電一體化系統(tǒng)的綜合運(yùn)行安全可靠水平和生產(chǎn)管理的效率效益水平?；谛畔⒔换サ臋C(jī)電一體化集成自動(dòng)化管理系統(tǒng)，其邏輯組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1是某煤礦機(jī)電一體化集成自動(dòng)化管理系統(tǒng)的邏輯組成結(jié)構(gòu)，其包含了環(huán)境監(jiān)測(cè)分站（瓦斯、粉塵等）、中央變電所、采區(qū)變電所、中央泵房（供水系統(tǒng)）、采煤機(jī)、給煤機(jī)、通風(fēng)系統(tǒng)、傳輸膠帶等子系統(tǒng)。通過(guò)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線，將底層（機(jī)電設(shè)備）的一體自動(dòng)化操控保護(hù)系統(tǒng)與地面上的集控中心有機(jī)互聯(lián)，便于地面作業(yè)人員進(jìn)行遠(yuǎn)程運(yùn)作管理和操控。通過(guò)大屏幕，工作人員可以可視化了解井下機(jī)電設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行工況狀態(tài)，便于其根據(jù)實(shí)際情況制定高效合理的調(diào)控策略，有效提高采煤作業(yè)的工作效率和作業(yè)安全。機(jī)電信息一體集成化，是煤礦機(jī)電設(shè)備研究發(fā)展的重要方向，同時(shí)也是一個(gè)不斷提高和深化的過(guò)程，需要在工作實(shí)踐中不斷優(yōu)化改進(jìn)。

3 結(jié)束語(yǔ)

煤礦機(jī)電一體化設(shè)備種類和性能的不斷完善，尤其是具有防爆性能的礦用傳感器技術(shù)的進(jìn)一步提高，能夠檢測(cè)到礦井作業(yè)面上更多機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行工況狀態(tài)和周圍環(huán)境信息，增加了煤礦機(jī)電一體化產(chǎn)品的信息化、智能自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)集成化功能水平。結(jié)合PLC、變頻器、RFID、3D GIS、視頻監(jiān)控等技術(shù)，建立信息交互的機(jī)電一體化集成自動(dòng)化管理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)礦井作業(yè)面的全面、完整地信息采集、遠(yuǎn)程傳輸、運(yùn)算分析和智能決策生產(chǎn)，確保煤礦機(jī)電一體化設(shè)備系統(tǒng)功能的高效穩(wěn)定發(fā)揮，提高工作面作業(yè)效率和安全水平。

參考文獻(xiàn)

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