丁建龍

（中煤平朔集團(tuán)東露天礦，山西 朔州 036000）

0 引言

在露天煤礦開采工作中采用電氣自動(dòng)控制技術(shù)，可以簡(jiǎn)化煩瑣的工作，節(jié)省人力，提高工作效率，從而達(dá)到安全高效的生產(chǎn)目的。電氣自動(dòng)化控制技術(shù)在煤礦生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，其應(yīng)用對(duì)降低生產(chǎn)成本、增強(qiáng)企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力、增強(qiáng)企業(yè)整體安全保障能力具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 煤礦開采中電氣自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r

1.1 目前軟硬件平臺(tái)發(fā)展?fàn)顩r

對(duì)于電氣自動(dòng)化系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，硬件設(shè)備是其工作的物質(zhì)基礎(chǔ)。過(guò)去由于制造廠商和設(shè)備型號(hào)的差異，現(xiàn)階段某些部件造成損傷后，需要進(jìn)行全系統(tǒng)的替換。在技術(shù)發(fā)展的同時(shí)，在硬件設(shè)施上也有了一定的進(jìn)展。首先，從程序接口的角度來(lái)看，其標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)基本上已在大型礦井中實(shí)現(xiàn)。其次，工業(yè)控制標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到了一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。最后，在硬件設(shè)備中應(yīng)用了分布式通信總線。通過(guò)分散式的控制方式，每個(gè)模塊都可以和現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備相連，每個(gè)設(shè)備都是監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)器，也是命令的執(zhí)行者。

1.2 當(dāng)前計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件領(lǐng)域的發(fā)展?fàn)顩r

在電氣系統(tǒng)中，控制軟件是最重要的環(huán)節(jié)，引入采用監(jiān)控軟件系統(tǒng)的電能自動(dòng)監(jiān)控管理系統(tǒng)，能使傳統(tǒng)煤礦無(wú)人守護(hù)的自動(dòng)化生產(chǎn)方式變成現(xiàn)實(shí)。就目前的情況來(lái)看。在現(xiàn)代電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中，控制軟件的運(yùn)用主要分為集中控制、遠(yuǎn)距離監(jiān)視和現(xiàn)場(chǎng)總線控制。且電氣自動(dòng)化技術(shù)是將軟硬件相結(jié)合、智能化與科技運(yùn)用為一體的系統(tǒng)高新技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)安全化、自動(dòng)化和現(xiàn)代化。

2 露天煤礦電氣自動(dòng)化特征

2.1 露天煤礦機(jī)械電氣自動(dòng)化特征

在實(shí)際生產(chǎn)的過(guò)程中通過(guò)將煤礦開采分成一礦一面或者一礦二面的分區(qū)方式來(lái)進(jìn)行電氣自動(dòng)化的開采，以此提高電氣自動(dòng)化采礦設(shè)備的使用效率。同時(shí)，大型采礦設(shè)備通過(guò)電氣自動(dòng)化的方式能夠有效提升煤礦開采的效率和質(zhì)量[1]。設(shè)備通過(guò)電氣自動(dòng)化的方式能夠具備更強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性和承載力，使采礦設(shè)備能夠?qū)⒉傻V、承載、搬運(yùn)以及破碎等多種工序通過(guò)電氣自動(dòng)化進(jìn)行有效的連接，有效提升設(shè)備的生產(chǎn)效率，最大效率可達(dá)到480～2000 T。另外，由于其智能化程度非常高，對(duì)推進(jìn)機(jī)電一體化的實(shí)現(xiàn)發(fā)揮著積極的作用，加之各種裝置的安全可靠程度及其卓越的機(jī)械特性，其在采掘過(guò)程中具有重要價(jià)值[2]。

2.2 露天煤礦監(jiān)控設(shè)備電氣自動(dòng)化特征

在露天煤礦的開采過(guò)程中，由于煤礦開采的環(huán)境較為復(fù)雜，并且存在一定的極端工作環(huán)境，因此通過(guò)在露天煤礦的監(jiān)控設(shè)備中采用電氣自動(dòng)化的方式能夠有效提升煤礦現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控管理工作的效率。通過(guò)電氣自動(dòng)化監(jiān)控設(shè)備，能夠精準(zhǔn)捕捉現(xiàn)場(chǎng)的各種情況，及時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)存在的安全隱患進(jìn)行排查，防止安全事故的發(fā)生。

3 露天煤礦電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用

3.1 卡車調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)在露天煤礦中的應(yīng)用

露天煤礦卡車自動(dòng)化調(diào)動(dòng)系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)、通信、電子、自動(dòng)控制、衛(wèi)星定位、優(yōu)化理論等技術(shù)組成的。在露天煤礦中，貨車調(diào)度系統(tǒng)的應(yīng)用主要集中在貨車的調(diào)度上，傳統(tǒng)的人工調(diào)度和固定配車模式具有局限性，不能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備的位置和狀態(tài)，難以及時(shí)解決運(yùn)輸中出現(xiàn)的問(wèn)題。如何優(yōu)化采運(yùn)設(shè)備與運(yùn)輸設(shè)備之間的關(guān)系，是目前露天煤礦生產(chǎn)企業(yè)所關(guān)心的問(wèn)題，而貨車調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的出現(xiàn)，為目前的問(wèn)題提供了一種解決方案，既可以優(yōu)化運(yùn)輸路徑，又可以降低總運(yùn)力，減少采裝和運(yùn)輸設(shè)備的等候時(shí)間，并及時(shí)處理各種因素造成的無(wú)法操作等故障，減少生產(chǎn)、運(yùn)輸過(guò)程中不必要的空跑和損耗，有效提升了采裝和運(yùn)輸?shù)男省?/p>

運(yùn)輸卡車調(diào)度管理系統(tǒng)的主要功能是獲取整礦裝置的情況、狀況、物料等數(shù)據(jù)，以便準(zhǔn)確跟蹤與顯示貨車、電鏟等裝置的信息。首先，利用運(yùn)輸汽車終端上的GPS 衛(wèi)星定位設(shè)備，收集汽車的地理坐標(biāo)、時(shí)刻等信號(hào)信息，再利用中間處理器加以處理，借助無(wú)線通信將這些信息傳輸?shù)綗o(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中，進(jìn)而在電子地圖上顯示出各汽車的位置。其次，監(jiān)測(cè)中心將與車輛當(dāng)前情況相關(guān)的地理信息傳送至車載終端，并將其結(jié)果展現(xiàn)在車載終端上。駕駛員能夠通過(guò)駕駛艙的顯示器查看自己的車輛以及其他汽車的情況，如滿負(fù)荷和無(wú)負(fù)荷，還能顯示采礦設(shè)備的工作或閑置狀態(tài)。最后，利用計(jì)算機(jī)測(cè)量出其周圍車輛的高度，并將數(shù)據(jù)呈現(xiàn)在屏幕上，通過(guò)聲音警告可能存在的威脅[3]。

根據(jù)目前的生產(chǎn)管理模式和實(shí)際管理經(jīng)驗(yàn)，制定符合生產(chǎn)中實(shí)際需要的貨車調(diào)度管理系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)量處理邏輯，在經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)調(diào)整之后，在理論上能夠達(dá)到零失誤的自動(dòng)測(cè)量準(zhǔn)確度。但由于目前的貨物調(diào)度系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)管理人員、調(diào)度員、司機(jī)等來(lái)說(shuō)還是新事物，要熟練掌握實(shí)際應(yīng)用必須經(jīng)過(guò)逐漸過(guò)渡的過(guò)程，所以目前實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)還有1%的最大誤差。在此基礎(chǔ)上，提煉出產(chǎn)量完成度、目前交通飽和度、提前裝車法、電廠不平衡調(diào)節(jié)法等優(yōu)化調(diào)度算法，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)量、設(shè)備利用率最大化，對(duì)各礦區(qū)的交通信息、各工程區(qū)位信息、各設(shè)施信息等實(shí)施了優(yōu)化調(diào)整，使各大貨車的效果調(diào)度方案得到最優(yōu)分配，以達(dá)到最大的生產(chǎn)力。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)進(jìn)度和生產(chǎn)實(shí)際，結(jié)合交通規(guī)劃隨時(shí)為工作用車的調(diào)度運(yùn)用提供建議。

該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)超時(shí)報(bào)警、離開規(guī)定范圍報(bào)警、無(wú)排放地點(diǎn)自卸車報(bào)警、汽車無(wú)故停放超時(shí)報(bào)警等各類報(bào)警功能，并通過(guò)車載終端將報(bào)警信息反饋給調(diào)度中心。系統(tǒng)還會(huì)記錄下報(bào)警地點(diǎn)、頻次和持續(xù)時(shí)間等，對(duì)安全行車具有促進(jìn)的作用。

3.2 安全監(jiān)控設(shè)備在露天煤礦開采電氣自動(dòng)化技術(shù)中的應(yīng)用

安全是礦井生產(chǎn)的第一要?jiǎng)?wù)，一旦出現(xiàn)事故，造成的后果將是難以想象的，而安全事故的嚴(yán)重后果也使人們深刻地認(rèn)識(shí)到，提高礦井安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，可以有效預(yù)防各類安全事故，避免有關(guān)人員的生命和財(cái)產(chǎn)受到威脅。只有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)測(cè)礦井的各類數(shù)據(jù)，才能使礦井的安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行，預(yù)防礦井安全事故的發(fā)生。露天煤礦爆破區(qū)域需要管轄的區(qū)域極大，而項(xiàng)目建設(shè)資金、人員管理能力有限，因此需要結(jié)合圖像智能分析等技術(shù)，利用前端視頻監(jiān)控，對(duì)監(jiān)控區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的人員、車輛進(jìn)行行為分析和預(yù)警，從而提升項(xiàng)目投資效益和邊境區(qū)域管控的智能化水平。

露天煤礦爆破區(qū)域安全監(jiān)控的總體目標(biāo)是全程掌握爆破區(qū)域關(guān)鍵環(huán)節(jié)和現(xiàn)場(chǎng)工況，前端設(shè)備監(jiān)控范圍覆蓋爆破警戒區(qū)域。通過(guò)后臺(tái)人形偵測(cè)和移動(dòng)檢測(cè)算法判定是否有人或者移動(dòng)設(shè)備進(jìn)入視頻畫面警戒區(qū)域，當(dāng)有人/車/移動(dòng)設(shè)備進(jìn)入警戒區(qū)域時(shí)，能夠在監(jiān)控中心及時(shí)彈出報(bào)警彈窗，提示安全督察人員進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)爆破警戒區(qū)域的遠(yuǎn)程監(jiān)控和預(yù)警功能。安全監(jiān)控設(shè)備的系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 安全監(jiān)控設(shè)備的系統(tǒng)架構(gòu)

（1）工作原理。相機(jī)設(shè)備具備超遠(yuǎn)距離、高穩(wěn)定性、超高清等特點(diǎn)，可結(jié)合智能算法進(jìn)行報(bào)警聯(lián)動(dòng)，精準(zhǔn)定位報(bào)警位置聯(lián)動(dòng)高空瞭望變焦獲取細(xì)節(jié)監(jiān)控畫面，以達(dá)到穩(wěn)定不虛焦的效果，實(shí)現(xiàn)全方位、多視角、無(wú)盲區(qū)、全天候式的監(jiān)控。并且只要物體溫度高于絕對(duì)零度（-273 ℃）就能輻射電磁波，因此，可以利用熱成像主要采集熱紅外波段（8～14 μm）的光，來(lái)探測(cè)物體發(fā)出的熱輻射，熱成像把熱輻射轉(zhuǎn)化為灰度值，再利用各物體的灰度值差異來(lái)成像，從而發(fā)現(xiàn)和識(shí)別目標(biāo)。熱成像攝像機(jī)具有熱點(diǎn)檢測(cè)功能，當(dāng)其監(jiān)控范圍內(nèi)出現(xiàn)發(fā)熱點(diǎn)時(shí)，通過(guò)植入前端周界算法，定義觸發(fā)報(bào)警規(guī)則，當(dāng)熱點(diǎn)目標(biāo)觸發(fā)報(bào)警規(guī)則時(shí)，熱成像攝像機(jī)能夠及時(shí)捕獲該熱點(diǎn)，并主動(dòng)發(fā)出報(bào)警信息，達(dá)到提前報(bào)警防范的效果。此外，熱成像攝像機(jī)適用于夜晚對(duì)人、車的監(jiān)控，能夠檢測(cè)到的最小目標(biāo)需要在圖像上占用至少3 個(gè)以上像素點(diǎn)。

（2）需要對(duì)監(jiān)控設(shè)備硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要包括以下3 個(gè)方面：①防風(fēng)沙惡劣環(huán)境設(shè)計(jì)。設(shè)備所處的爆破環(huán)境，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生粉塵或風(fēng)沙天氣，而在風(fēng)沙環(huán)境中，很容易導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)故障。例如，粉塵或沙粒進(jìn)入攝像機(jī)內(nèi)部，使移動(dòng)部件被卡住，導(dǎo)致電氣接觸不良，線路惡化；加劇表面磨損，各種鹽分、有機(jī)物、有害氣體也會(huì)加速對(duì)光學(xué)玻璃和金屬的腐蝕；增加靜電并引起電氣噪聲；吸收濕氣，使材料的絕緣性能下降；由于導(dǎo)熱系數(shù)的降低，會(huì)對(duì)光學(xué)器件的光學(xué)性能產(chǎn)生影響，從而導(dǎo)致“積塵效應(yīng)”“打磨效應(yīng)”。因此，設(shè)備必須具有高級(jí)別的抗粉塵和風(fēng)沙性能，才能在爆破產(chǎn)生的沙暴環(huán)境中保持平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。②防高溫高輻射設(shè)計(jì)。散熱設(shè)計(jì)可以對(duì)元件發(fā)熱量進(jìn)行仿真評(píng)估，并使用大面積導(dǎo)熱墊配合全金屬底板和外殼充分散熱。高發(fā)熱量區(qū)域定制銅、鋁合金散熱片，采用大功率散熱風(fēng)扇與散熱風(fēng)道的設(shè)計(jì)。防輻射設(shè)計(jì)的白色外殼涂料具有高耐熱性和高穩(wěn)定性，可以反射太陽(yáng)輻射。遮陽(yáng)罩隔熱設(shè)計(jì)可以減少遮陽(yáng)罩與殼體間的接觸面積，有效緩解太陽(yáng)輻射下殼體升溫。內(nèi)部采用耐高溫零部件，在高溫環(huán)境中可以維持長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性。③低溫防護(hù)設(shè)計(jì)。云臺(tái)設(shè)備所處的環(huán)境，冬季氣溫很低，設(shè)備安裝位置偏遠(yuǎn)或處于鐵塔上，如果遇到雨雪天氣，設(shè)備在斷電的狀態(tài)下，很可能導(dǎo)致設(shè)備結(jié)冰，進(jìn)而導(dǎo)致云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)部分被凍住，熱成像和可見光鏡頭部分被冰雪覆蓋，喪失圖像性能，造成設(shè)備無(wú)法啟用的問(wèn)題。因此，需要測(cè)定機(jī)體內(nèi)外溫度，根據(jù)內(nèi)外溫度值制定相應(yīng)防護(hù)策略，傳動(dòng)部件采用耐低溫材料，使其在低溫環(huán)境中性能穩(wěn)定。

（3）應(yīng)用場(chǎng)景。利用熱成像技術(shù)深度學(xué)習(xí)的Smart原理，熱成像相機(jī)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控礦區(qū)的人員和車輛，同時(shí)還可以通過(guò)紅外光路，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的智能追蹤，使報(bào)警實(shí)現(xiàn)可視化。具體應(yīng)用如下：①在系統(tǒng)上設(shè)置警戒線，當(dāng)人或物體通過(guò)警戒線時(shí)警告規(guī)則將被觸發(fā)，熱成像攝像機(jī)會(huì)立刻發(fā)出警報(bào)并立即告知。②在系統(tǒng)上設(shè)置對(duì)應(yīng)的警戒區(qū)域，當(dāng)有物體越過(guò)警戒區(qū)域的邊緣進(jìn)入警戒區(qū)時(shí)，警戒規(guī)則就會(huì)被觸發(fā)，熱象攝影機(jī)會(huì)立刻發(fā)出警報(bào)。

3.3 電氣自動(dòng)化技術(shù)在露天煤礦運(yùn)輸中的應(yīng)用

我國(guó)擁有豐富的資源，礦產(chǎn)資源是國(guó)家的重要能源，但礦產(chǎn)資源是不可再生的，開采和勘探難度很高，開采工藝非常復(fù)雜。因此電力自動(dòng)化技術(shù)在礦井生產(chǎn)中起著舉足輕重的作用，提高了礦井的生產(chǎn)效率。此外，電力自動(dòng)化技術(shù)在運(yùn)輸中也是不可或缺的。

從20世紀(jì)80年代初期開始，由于采用了自動(dòng)化設(shè)備，采礦公司的產(chǎn)量有了很大的提升。大中型礦山普遍采用的輸送設(shè)備為輸送設(shè)備，可以將大量物料迅速?gòu)牡V井下輸送到地表，并由交通監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而提高了運(yùn)輸?shù)男屎桶踩?。由于信息技術(shù)、平面光波導(dǎo)（planar lightwave circuit,PLC）技術(shù)的廣泛運(yùn)用，以及與煤礦安全生產(chǎn)的緊密聯(lián)系，極大發(fā)展了監(jiān)控技術(shù)。采用全數(shù)字直流調(diào)速技術(shù)，可進(jìn)一步提升膠帶設(shè)備的效量。計(jì)算機(jī)和工業(yè)電視聚焦式中央監(jiān)視系統(tǒng)的發(fā)明，也為國(guó)內(nèi)的工業(yè)發(fā)展做出了一定的貢獻(xiàn)。可控硅元件是斬波技術(shù)的具體應(yīng)用，其工作效率非常高，為保障交通工具的穩(wěn)定性和安全性提供了良好的技術(shù)支撐?？煽毓柙陌l(fā)明和應(yīng)用也推動(dòng)了一種新的集成計(jì)算機(jī)和可編程邏輯控制技術(shù)——交頻式同步牽引技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，推動(dòng)了采礦工藝的形成。目前，煤礦企業(yè)大多采用PLC 技術(shù)作為提升機(jī)的核心，制定了相應(yīng)的安全防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。為了保證系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定，大多數(shù)礦井都在使用雙回路技術(shù)[4]。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，提高煤礦生產(chǎn)中電氣和機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)化水平，對(duì)提高煤礦生產(chǎn)的安全性和礦井生產(chǎn)效率至關(guān)重要。隨著現(xiàn)代新型技術(shù)不斷多樣化、豐富化，現(xiàn)代煤礦開采設(shè)備逐步向智能化、自動(dòng)化方向發(fā)展，減輕了工人的工作壓力，減少了對(duì)資源的消耗，有利于保障工人的安全，也提高了煤礦綜合開采效益。