煤矿机电自动化集控发展应用

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摘要：在社会市场经济带动下，科学技术在能源行业的整体应用占比显著提升，为煤矿开采行业提供了便利，切实将现代化技术与传统能源行业实现有效结合，并诞生了诸如机电自动化集控等现代化技术。据此，本文简要论述该技术的发展现状，明确其主要特点及缺陷，并从实践角度提出技术应用的主要渠道，同时对此类技术的今后发展进行展望。

关键词：煤矿机电系统；自动化集控；发展应用

引言

通常来讲，煤矿机电自动化集控对于当今能源行业发展具有重要的推动作用，现代煤矿产业的改革创新与高效化运营均离不开自动化控制技术。得益于此类技术的诸多优势，我国能源开采行业在新时代背景下逐渐实现了低能耗生产，有效实现了资源开采与能源损耗的动态平衡。因此在未来阶段，进一步拓展机电集控技术的应用范围，提高技术稳定性，对于落实能源开采行业的产业深度升级具有重要的现实意义。

1.煤矿机电自动化集控的发展现状

随着科学技术逐渐深入各产业基层，技术优势使得煤矿产业得到快速发展，并在煤矿开采、生产及运输等流程中得到显著体现，直接降低了整体行业的运营控制成本投入。在煤炭开采流程中，机电设备的高效化与稳定化运作可确保煤炭开采正常，对于稳定煤炭企业的日常运营意义重大。而在机械设备集成化与自动化升级方面，集控设备的大规模生产，可进一步强化煤矿设备稳定性，实现设备自动化运行，并降低各类设备的故障率，使检修人员可根据相关数据直接确定维修故障点位，因此，集成技术的快速发展使得煤矿产业逐渐走向高技术性产业。但就相关理论研究而言，国内机电集控技术在覆盖面、技术深度等方面水平有限，难以全面提高煤矿开采行业的整体运行效率，因此，相关领域的专家学者通过技术融合以及外部技术本地化等方案，进一步拓展我国的机电集控技术，在结合本地煤矿开采的实际工作需求以及地形特征，逐步提高了煤矿集成自动化技术的应用效果。现阶段，我国煤炭机电自动化集控的的整体发展情况可大致归为以下两点：一是设备覆盖。一般而言，煤矿开采工作要求多部门协同合作，因而在机电设备控制方面需统一调动多台设备，但目前国内多数矿井仍缺少相关协同控制技术，因此，在低成本领域内我国自动化集控技术仍存空白，需要一些系统化、低成本化兼顾的技术加以完善。二是机电设备的系统整合。多数煤矿企业的设备种类不尽相同，因而在设备性能、接口规格等方面也存在差异。所以机电设备的统一控制工作难度显著上升。而集控技术需结合开采任务需求同步调动多个设备，因此两类不同系统的整合成为国内机电自动化集成技术的另一问题。但随着行业技术的发展，我国机电设备生产商正逐步实现规格和标准统一，降低集控系统的调控难度，使其在不同环境下可发挥既定作用[1]。

2.煤矿机电自动化集控特点以及缺陷

(1)煤矿机电自动化集控技术的特点由于机电自动化集控的核心部件是由计算机以及智能化软件系统构成，因此该项技术通常具有自主运算控制、自动监测、数据收集等多种功能，因而在使用过程中，操作人员无需过多干预系统运行，具有操作简便、自动化程度高、控制效果好等特点[2]。(2)煤矿机电自动化集控的作用煤矿机电自动化集控主要负责各类设备的统一控制，其主体作用如下：可监测并反馈设备故障，同时根据各类传感器数据计算当前设备的运行状态。此外，在增加智能化模块后，机电自动化集控系统可结合输入的开采数据制定对应的工作计划，从而有效减少人工成本投入。与此同时，结合设备的数据档案功能，后台控制人员可定期通过数据报告形式分析设备的各类详细数据，从而提高设备的管理维护效率[3]。(3)机电自动化集控发展中的主要问题目前，机械自动化行业虽逐步开展机电自动化集控技术的深入研究发展，但是与一线技术强国相比较仍然存在诸多技术问题。①机电自动化技术水平差距较大。我国的煤矿机电自动化技术发展周期相对较短，部分核心技术处于西方技术封锁下，在技术突破方面受到诸多限制，所以我国近年来国内相关领域成熟化产品数量相对较少，部分地区的大型煤炭企业仍采用外国技术系统。②煤矿机电自动化技术研究尚未形成体系。自动化集控技术发展不仅依赖于机械、软件等领域，其更多要求基础科学领域的突破性发展，但就实际而言，我国目前的煤矿机电自动化集控技术在基础科学方面受到诸多限制，因而导致对应的控制设备存在精度问题，进而严重阻碍了国内自动化集控技术的深度迭代，反映在宏观市场角度则体现出我国相关技术企业的产品覆盖面积相对有限，且多数集中于低端市场[4]。

3.煤矿机电自动化集控技术的应用

目前，我国机电集控技术主要应用在环境检测、采煤牵引、矿井提升及煤炭运输等阶段中，通过自动化技术的优势提高煤矿机电的整体运转精度以及效率，使煤矿产业有效地提升煤炭开采的质量和效率。

(1)环境检测

安全生产是确保矿企日常工作顺利开展的重要基础工作流程。但受到矿井环境限制影响，煤炭开采准备工作种类繁杂多样，少数小型煤矿在不同机电设备的安装摆放方面缺少规划，这便导致煤炭企业运营生产易出现严重的安全隐患。而积极引入机电集控技术可详细反应当前设备的运行状态，系统全面监测设备各阶段工作情况。通常来讲，我国矿井环境检测设备多通过专业供应商专项采购而来，国内技术体系相对薄弱，对应产品难以直接引入到煤矿生产之中，导致部分应用国产设备的煤矿产业始终存在安全生产问题。但随着技术的逐渐迭代，国内机电集控技术逐步完善后，将传统的环境监测单元整合到集控技术体系中，可详细收集煤矿环境中的各种变量数据，并将环境检测技术融入到集控体系之中，为企业生产运营提供安全保障[5]。

(2)采煤牵引

通常来讲，采煤牵引技术是集控技术体系中的重要组成部分，再配合集控系统后能够有效提升采煤设备的整体作业效率。在进一步升级开发采煤牵引技术后，可将针对各个环节的煤炭转运设备进行统一控制。就实际而言，目前多数的机电牵引技术具备自动化控制能力与高稳定性，然而在功耗平衡方面存在较多问题，对于煤炭企业的绿色化发展战略落实造成负面影响，但将机电集控技术融入到牵引技术中后，可通过变频控制单元降低牵引机的能量损耗，提高采煤牵引机的工作效率，从而实现设备能耗的精确控制。另外，通过集控技术中的各类传感器，可辅助液压牵引系统实现载重牵引功率的细微调整，并判断当前设备的运行状态，准确地把握矿井的复杂运行环境，为后台系统自动化调整提供重要的数据支撑。

(3)煤矿采集

提升机是多数煤矿设备调运以及人员转运的主要工具，该设备的主要特点是自身操作控制较难、质量较高、空间体积较大，若缺乏合理适用控制则可能影响煤炭采集，而将其并入到机电集控系统后，便可大幅提高设备的整体控制效率，增强机电设备的运行控制精度，进而降低了机电设备的手动控制难度，消除设备运行过程中出现的各类问题。另外，在故障检测方面，机电集控技术通过智能化模块可分析提升机的整体运行状态数据，并针对潜在的故障区域进行标记与定位，随后可通过后台报告形式为运管人员提供相关数据，从而帮助维修人员高效、快捷地维护设备，避免设备出现宕机问题。此外，机电集控技术能够帮助煤炭提升机简化内部结构，使提升机的控制系统得到优化和改善[6]。

(4)煤炭运输

煤炭运输是煤炭生产的重要步骤之一，在此过程中，技术人员要确保在运输过程中运输设备的稳定性与安全性。为进一步提高整体生产效率，多数煤炭企业均致力于提高运输设备的性能，但就实际而言，运输设备技术的研发迭代通常要投入大量资源，而积极引入成熟的控制系统更为直接有效。因此，部分采购了西方成熟的机电集控技术，以此提高煤矿运输设备的整体运载效率，并通过动态功耗控制技术进一步优化成本投入。此外，在我国部分企业在机电集控技术研发过程中逐步开展进行系统软件的自主研发，并意图通过软件优势进一步提高煤炭转运设备的整体稳定，消除长时间运行后设备潜在的故障风险，为煤矿企业的开采工作提供稳定保障。然后受到不同地域煤炭环境的差异化影响，少数矿井的运输距离相对较长，运输设备的传动装置在长期运行过后可能出现不稳定问题，甚至出现皮带打滑等问题。因此，针对上述问题，技术人员应进步一步升级系统监测能力，通过对应的传感器收集的数据建立运输设备的稳定运行周期档案，帮助技术人员提前明确设备的运行故障点，并提前进行设备故障处理[7]。

(5)监测矿井生产安全

煤矿机电自动化疾控技术的应用，在矿井的生产安全中具有监测功能，因为煤矿机电自动化具有程序化、信息化和智能化的显著特点，设备设施体积小，维护简单，操作方便，有着可靠的性能，将煤矿机电自动化集控技术应用到矿井的生产中，可以发挥出其智能化的应用优势，对煤矿的生产安全进行监测。在矿井安全监控系统中，煤矿机电自动化集控技术的应用水平反映在系统的运行和系统的功能上，我国的自动化监测技术应用起步时间并不长，和发达国家相比，自动化监测的技术水平薄弱，曾经的很长一段时间内，我国的自动化检测活动的设备设施来源主要是依赖进口，自主研发的能力有限，目前则处于逐步探索和创新发展的阶段，因此我国的煤矿机电自动化集控技术的水平有待进一步提高。随着近些年来科学技术水平的持续发展，我国在引进国外的先进设备的过程中，逐渐加强了对设备的开发、研究，结合设备设施的运行原理和功能，根据煤矿企业的开采需求，逐渐构建起了属于我国独有的煤矿机电自动化监控系统，向着世界级的先进水平靠近。根据国家出台的有关政策和煤矿开采的安全章程的内容，围绕着监控监测的开发理念。要在先抽后采、以风定产的原则下，利用机电自动化集控技术进行煤矿的安全监管，强化矿井的生产安全性。例如在预警瓦斯方面，利用自动化技工技术，精准的进行预警活动，根据矿井的生产现状，加强全方位、智能化的矿井监测，配备完善的配套设备和设施，在通信功能的支持下，增强安全生产的管理水平。

4.煤矿机电自动化集控的发展趋势

(1)进一步提高机电集成技术的控制效能

随着技术研发的不断投入，机电集控技术在各领域中的应用使得多数产业认识到此类技术的优势，在今后发展过程，此类技术将逐步提高其控制效能，同时系统迭代周期逐渐缩短，应用范围显著扩大，可实现复杂系统的同步控制，也可有效地帮助企业提高生产效率与生产安全性，同时逐步压缩投入成本[8]。此外，部分大型企业则逐步研发远程遥控与自动化机电集成技术，从而实现全区域的无人化作业，降低人力资源投入成本，消除人员误操作对设备的影响，以此提高整体开采系统的自动化程度。除此之外，通过远程操控单元，技术人员可在复杂环境下通过手动操作完成特殊开采与设备安装任务，避免在高危环境下作业出现工作人员人身安全问题，提高企业生产的安全性[9]。

(2)借助AI技术提高其自主化能力

随着现代智能化技术的发展，大数据、云计算、深度学习以及人神经网络逐渐成为未来阶段机电集控技术的发展方向，因此，随着智能化控制技术的逐步完善，未来阶段可能出现完全自主化的机电集成控制系统。结合相关研究发现，神经网络技术可通过特定的数据算法处理煤炭采集设备、运输单元、牵引单元的整体工作数据，同时结合后台算法制定标准化作业程序，消除设备的运行故障问题[10]。如果发生特殊情况，例如出现矿井地形变化，则可借助神经网络的集控系统搜集相关数据内容，并调动各设备中的PLC控制器，调整各类设备的整体运行参数，使其恢复正常。若设备出现较为严重的故障问题，神经网络则可转接到人工管理模式，将故障原因以及搜集到的相关数据转发给运维技术人员，同时提供对应的维护工作建议，以确保在最短时间内恢复设备的运行状态，提升企业的经济收益。除此之外，在集成深度神经网络技术后，煤矿企业也可将设备系统关联至本地数据库，通过大数据系统搜集同类设备的整体运行数据记录，并对本地设备的运行数据信息进行调整，以此确保机电设备的运行过程更加趋于标准化，提升各大煤矿机电设备的稳定性和安全性，提升机电设备自主维护、自动预警及自动保护的功能和作用[11]。

5.结语

综上，我国机电集控技术正处于快速发展期间，虽然在应用范围方面得到显著提升，但仍与西方先进企业存在一定差距，因此，我国在机电自动化集控技术方面应逐步引入网络化、智能化技术体系，深度发展远程后台操控、神经网络及大数据技术等具有控制优势的底层技术，从而为本地区的集控技术提供足够的发展空间，使得技术系统更加符合我国本地化矿区环境需求，使煤矿企业生产、运输及环境检测质量得到有效提高。进而推动我国社会市场经济的健康发展，提升产业资源优化的推进进程[12]。

作者:张冰 单位:山西焦煤西山煤电东曲矿