自動化技術(shù)在煤礦機電設(shè)備方面的應(yīng)用研究

摘要：自動化技術(shù)的廣泛應(yīng)用促進了我國經(jīng)濟發(fā)展。對于煤礦生產(chǎn)中機電設(shè)備而言，自動化技術(shù)的應(yīng)用能顯著提高生產(chǎn)效率，降低工人勞動強度?；诖?，為提高自動化技術(shù)在煤礦機電方面的應(yīng)用效果，本文從煤礦機電設(shè)備自動化技術(shù)的特點與優(yōu)勢入手，以某煤礦2號、3號礦井為例，基于自動化技術(shù)提出一種煤礦機電設(shè)備的全生命周期管理系統(tǒng)，以此提高自動化技術(shù)的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：自動化技術(shù)；機電設(shè)備；全生命周期

煤礦機電設(shè)備在煤礦生產(chǎn)中有著極為重要的作用，具有類型多、分布廣、移動性強、檢修頻繁的特點，如果完全依靠人工管理與維護，難度極高，維修人員無法實時掌握機電設(shè)備所處位置與運行情況，不僅費時費力、效率極低，還增加了煤礦企業(yè)的經(jīng)營成本。如果能應(yīng)用自動化技術(shù)，建立用于煤礦機械設(shè)備的全生命周期管理系統(tǒng)，會大幅提高煤礦機電設(shè)備的工作效率。

一、煤礦機電設(shè)備自動化技術(shù)特點

（一）安全可靠

當(dāng)前，信息技術(shù)、PLC、微電子技術(shù)等被應(yīng)用到煤礦機電設(shè)備中，對我國煤炭行業(yè)的發(fā)展起到了極大的促進作用。經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在自動化技術(shù)應(yīng)用后，煤礦生產(chǎn)安全事故有了極為明顯的下降。由此可見，自動化技術(shù)有著極強的可靠性，能大幅提高機電設(shè)備的安全程度。與以往人工操作相比，自動化技術(shù)能有效監(jiān)督與管理所有生產(chǎn)環(huán)節(jié)，并及時判斷故障，向管理人員提供具有參考意義的解決方案，確保煤礦生產(chǎn)的順利開展。此種模式可在各類復(fù)雜環(huán)境下規(guī)避許多隱性風(fēng)險，以此確保煤礦生產(chǎn)的高效和安全。

（二）智能化程度高

自動化技術(shù)是當(dāng)前諸多先進技術(shù)的集合體，顯著特點是智能化。煤礦機電中應(yīng)用自動化技術(shù)也能凸顯出此特點，管理人員利用此項技術(shù)收集與分析煤礦生產(chǎn)的信息，確保所有機電設(shè)備均能維持穩(wěn)定運行。智能化極強的自動化技術(shù)能在一定程度上預(yù)測煤礦機電設(shè)備的故障，在適當(dāng)時間提醒管理人員機電設(shè)備可能發(fā)生的故障，引起維護人員的注意。

二、煤礦機電設(shè)備應(yīng)用自動化技術(shù)的優(yōu)勢

基于上述自動化技術(shù)的特點，將其應(yīng)用于煤礦機電設(shè)備中極為必要，優(yōu)勢包括以下內(nèi)容：

（一）提高安全系數(shù)

自動化技術(shù)應(yīng)用于煤礦機電設(shè)備的顯著優(yōu)勢是大幅提高煤礦生產(chǎn)的安全系數(shù)。具體而言，通過運用自動化技術(shù)中的信息技術(shù)、智能化技術(shù)等技術(shù)，可以提高機電設(shè)備運行效率，并以實際情況為準，調(diào)整設(shè)備運行狀況，提高機電設(shè)備運行的安全系數(shù)。與傳統(tǒng)人工操作相比，應(yīng)用機動化技術(shù)后，機電設(shè)備的運行精密度、反應(yīng)速度高于人工操作，即使發(fā)生意外故障也能第一時間采取相應(yīng)措施，提高煤礦生產(chǎn)的安全系數(shù)。

（二）提高生產(chǎn)效率

對于煤礦開采而言，多數(shù)煤礦分為露天開采與深度開采兩種，在完成露天開采后，涉及深度開采。與露天開采相比，深度開采的難度更高，開采工序也更為繁雜。煤礦生產(chǎn)企業(yè)會充分考慮現(xiàn)場所有干擾因素，并進行綜合考量，最后制定較為合理的施工方案?；诖?，此流程中不論是干擾因素的收集，還是綜合分析，均為人工操作，不但會增加工作人員的勞動強度，也無法完全保障工作人員的安全。而通過應(yīng)用自動化技術(shù)，可以解決此項技術(shù)難題，工作人員通過預(yù)先設(shè)定的程序?qū)Ω黝悪C電設(shè)備進行精確操作，攻克煤礦開采過程中存在的難點，進而實現(xiàn)高效運行，簡化開采流程，提高生產(chǎn)效率。

三、煤礦機電設(shè)備自動化技術(shù)的應(yīng)用策略

自動化技術(shù)應(yīng)用于煤礦機電設(shè)備極為必要，以某煤礦企業(yè)的2號、3號礦井為例，基于自動化技術(shù)，提出一種可用于煤礦機電設(shè)備的全周期管理系統(tǒng)，具體如下。

（一）案例概況

該煤礦生產(chǎn)企業(yè)計劃開采2號、3號礦井，由于井田南側(cè)存在自燃現(xiàn)象，無法進行開采，因此只能開采其他部分。內(nèi)部煤層厚度為3.5～3.6m，平均為3.3m，北側(cè)厚度較高，南側(cè)厚度較薄，結(jié)構(gòu)簡單，其中摻雜夾矸，厚度在20cm以上，巖性為泥巖、粉砂巖，埋深在65m以下。2號、3號礦井標高變化在1100～1118m。上述兩種礦井的主要系統(tǒng)有供電系統(tǒng)、運輸系統(tǒng)與采掘系統(tǒng)。

1.供電系統(tǒng)

該煤礦企業(yè)采用10kV變電所進行供電，井下電壓為10kV，以380V電壓供應(yīng)其他低壓負荷用電，并在井下排水區(qū)域額外設(shè)置配電室，容量為342.22kW，運行容量為266.34kW，需用系數(shù)與功率因數(shù)均為0.75，額定功率為266.34kW，有功功率為196.97kW。井下消防系統(tǒng)電負荷為二級，容量為233.7kW，運行容量為158.4kW，需用系數(shù)與功率因數(shù)均為0.75，額定功率為158.4kW，有功功率為127.04kW。掘進設(shè)備電壓等級有四個檔次，分別為33300V、1100V、650V、126V。

2.運輸系統(tǒng)

該煤礦采用膠帶輸送機進行運輸，2號、3號井的工作面采用型號為SGZ900的刮板運輸機，功率為1050kW，每小時可傳輸2000t左右，鏈速為1.25m/s左右。同時，采用型號為SZZ1000的裝載機，裝機功率為400kW，能在一小時內(nèi)裝載2500t左右，設(shè)計長度為50m。所采用破碎機型號為PCM200，功率為200kW，每小時可破碎2500t煤炭，伸縮膠帶型號為DSJ120，功率為1200kW，帶寬為120m，帶速為3.15m/s，每小時可輸送1200t煤炭。

3.采掘系統(tǒng)

礦井工作面采用的是型號為ZY9500的液壓支架，2號、3號礦井共采用了141架，在運輸順槽端頭安裝六架型號為ZY7200的端頭，同時配備型號為MG500的牽引雙滾筒采煤機，SGZ900型刮板運輸機，SZZ1000橋式轉(zhuǎn)載機，型號PCM200錘式破碎機，以及若干乳化液泵與噴霧泵，掘進機型號為EBZ－160。

綜上所述，該煤礦企業(yè)規(guī)模較大，采用的機電設(shè)備型號極為復(fù)雜，如果僅憑人工進行管理與維護，難度較高，效率較低，因此，該管理人員決定將自動化技術(shù)應(yīng)用其中，建立一種可以對機電設(shè)備統(tǒng)籌管理的自動化系統(tǒng)。

（二）設(shè)計目標

該系統(tǒng)以實用、先進、經(jīng)濟為根本，立足于煤炭行業(yè)根本需求，提高企業(yè)的自動化水平，將機電設(shè)備管理信息化、自動化，實時采集與監(jiān)控所有機電設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，以此提高管理人員的監(jiān)控力度，達到節(jié)約煤礦生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率與安全系數(shù)的目的。該系統(tǒng)應(yīng)實現(xiàn)以下目標：

第一，安全報警。自動化機電設(shè)備管理系統(tǒng)最為基本的是滿足煤礦生產(chǎn)的安全需求，該系統(tǒng)可通過采購、臺賬、庫存、維護、監(jiān)控、報廢七個功能模塊實現(xiàn)煤礦機電設(shè)備的自動化控制。

第二，數(shù)據(jù)檢測與數(shù)據(jù)共享。在上述功能模塊的基礎(chǔ)上，建立數(shù)據(jù)共享機制，在各個部門中實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，當(dāng)機電設(shè)備出現(xiàn)故障后，能第一時間將數(shù)據(jù)信息傳輸至控制中心，由管理人員進行決策。

第三，將安全數(shù)據(jù)作為中心，通過信息管理系統(tǒng)，實現(xiàn)煤礦機電設(shè)備的自動化控制，監(jiān)控人員判斷各個機電設(shè)備的運行狀況，以此提高煤礦機電設(shè)備的安全系數(shù)。

（三）整體結(jié)構(gòu)

由于2號、3號井下的生產(chǎn)點較為分散，要以井下煤礦機電設(shè)備的實際所處區(qū)域確定數(shù)據(jù)的傳輸模式。因此，煤礦機電設(shè)備與控制中心的通信方式選擇CMDA，此通信制式信號傳輸速度較快，傳輸過程穩(wěn)定，運營費用較低，符合煤礦機電設(shè)備自動化控制需求。例如，井下工作面較遠，此網(wǎng)絡(luò)無法完全覆蓋，可利用寬帶接入的方式連接，框架則采用當(dāng)前技術(shù)較為成熟的NET框架。

1.表現(xiàn)層

此層也可稱為顯示層，主要是顯示信息數(shù)據(jù)，不需要在此層面安裝邏輯應(yīng)用，也不需要特殊維護。從本質(zhì)上看，此層結(jié)構(gòu)為人機接口，并不涉及數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)收集，只是將其他層面涉及的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)給用戶。

2.業(yè)務(wù)層

此層由煤礦機電設(shè)備的采購系統(tǒng)、庫存系統(tǒng)、設(shè)備檢修維護系統(tǒng)、設(shè)備報廢系統(tǒng)等重要系統(tǒng)共同構(gòu)成，作用為數(shù)據(jù)處理，該全生命周期自動化控制系統(tǒng)的多數(shù)功能均來自此層面。

3.存儲層

此層由數(shù)據(jù)訪問層與持久層共同構(gòu)成，數(shù)據(jù)訪問層是提供給表現(xiàn)層的接口，用戶可通過表現(xiàn)層進入數(shù)據(jù)訪問層調(diào)用與修改相關(guān)數(shù)據(jù)。而數(shù)據(jù)持久層僅具備數(shù)據(jù)存儲功能，所有煤礦及機電設(shè)備的相關(guān)信息數(shù)據(jù)均存儲于此。

（四）安全設(shè)計

為滿足該系統(tǒng)的安全性，要從數(shù)據(jù)庫管理與應(yīng)用系統(tǒng)兩方面入手。

1.數(shù)據(jù)庫管理

數(shù)據(jù)庫管理是該系統(tǒng)的核心，煤礦機電設(shè)備的運行狀況、型號、歷史故障信息均存儲于數(shù)據(jù)庫中。因此，數(shù)據(jù)庫管理對設(shè)備安全運行、系統(tǒng)信息安全極為重要。技術(shù)人員可提高對存取控制與備份管理的重視程度，對系統(tǒng)所有訪問用戶進行權(quán)限控制，為用戶分別設(shè)置不同的操作權(quán)限，并定期備份數(shù)據(jù)庫中的信息，不但能確保數(shù)據(jù)庫的信息安全，還能防止意外事故造成的信息丟失。

2.應(yīng)用系統(tǒng)

此方面指的是保護業(yè)務(wù)層面中所有系統(tǒng)的用戶權(quán)限以及用戶密碼，為不同的員工設(shè)置不同的用戶名，不同用戶名的功能權(quán)限存在差異，用戶只能在范圍內(nèi)進行瀏覽。密碼保護指的是保護所有用戶名與密碼，防止不當(dāng)操作產(chǎn)生損失。

從上述數(shù)據(jù)庫管理與應(yīng)用系統(tǒng)兩方面對用戶權(quán)限、密碼進行限制，并通過數(shù)據(jù)備份最大限度上防止數(shù)據(jù)丟失，以此完成該系統(tǒng)的安全設(shè)計。

（五）數(shù)據(jù)庫

該系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫涉及的組件構(gòu)成了基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

數(shù)據(jù)源是數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的根本來源，此系統(tǒng)的基本數(shù)據(jù)源設(shè)計如下。

1.煤礦機電設(shè)備基本信息

基本信息包括設(shè)備名稱、設(shè)備類型、價格、數(shù)量、總價、購買日期、廠商。此類信息為機電設(shè)備的基本信息，通常此類信息的更新頻率較低，只有在設(shè)備報廢后才需要更新，數(shù)據(jù)類型分別為nvacha、float、int、datetime，長度在8～50B。

2.數(shù)據(jù)訪問層用戶信息

此類信息與機電設(shè)備基本信息相差較大，需要實現(xiàn)信息的修改、刪除以及添加操作，包括用戶名、密碼、用戶類型，技術(shù)人員以用戶類型為準賦予不同權(quán)限，數(shù)據(jù)類型有int、nvacha，密碼的字節(jié)長度為50B，其他則為4B。

3.設(shè)備運行信息

此類信息具有極強的實時性，主要來自煤礦機電設(shè)備表面安裝的傳感器，傳感器收集相關(guān)數(shù)據(jù)后會將其傳輸至存儲層進行存儲，如果用戶需要調(diào)用此類信息，要通過數(shù)據(jù)訪問層，此類信息包括設(shè)備名稱、運行溫度、使用日期、運行狀況、歷史故障等，數(shù)據(jù)類型為nvarchar，字節(jié)長度為50B。部分數(shù)據(jù)信息會傳輸至安全預(yù)警系統(tǒng)中，技術(shù)人員可預(yù)先在安全預(yù)警系統(tǒng)中設(shè)置閾值，如果傳感器采集的數(shù)據(jù)超過閾值，會及時向管理人員發(fā)出警報，管理人員調(diào)用相關(guān)信息并采取有針對性的措施。

4.設(shè)備采購信息

作為全生命周期系統(tǒng)，設(shè)備采購信息也必須存儲至數(shù)據(jù)庫中。此類數(shù)據(jù)包括機電設(shè)備編號、名稱、操作方法、廠商、采購日期、采購人員等，數(shù)據(jù)類型為Int、nvarchar，字節(jié)長度為4～50B，此類數(shù)據(jù)一經(jīng)錄入無法修改，需要最大程度上保護數(shù)據(jù)。

5.設(shè)備檢修記錄

此類信息需要實時更新，以每個機電設(shè)備的特有編號為準，建立不同的數(shù)據(jù)表格，將設(shè)備名稱、數(shù)據(jù)類型、廠商家族疾病錄入其中，并在每次檢修后由工作人員更新，確保信息的實時性，此類數(shù)據(jù)類型為nvarchar、float、datetime，字節(jié)長度為8～200B。

6.管理人員信息表

管理人員的用戶名為該系統(tǒng)最高權(quán)限，需要修改與添加所有信息，此信息表內(nèi)容包括用戶名、登錄密碼、用戶類型，此信息表權(quán)限較高，可以更改所有信息，數(shù)據(jù)類型有Int、ncarchar，字節(jié)長度為4～50B。

四、結(jié)語

綜上所述，隨著科技的發(fā)展，自動化技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，如果能將其應(yīng)用煤礦機電設(shè)備中，可以有效提高生產(chǎn)效率、安全系數(shù)以及故障處理效率，本文以某煤礦企業(yè)為例，基于自動化技術(shù)提出一種用于煤礦機電設(shè)備的全生命周期管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)能有效降低工作人員勞動強度，在機電設(shè)備發(fā)生故障的第一時間采取措施，以此降低設(shè)備故障對煤炭生產(chǎn)帶來的影響。

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作者簡介：陳韋龍（1987），男，山東省龍口市人，本科學(xué)歷，工程師，主要研究方向為礦山機電。