自动化技术在矿山机电控制中的应用浅析

张立强

摘 要：矿山生产期间，离不开各种机电设备，自动化技术应用广泛。文章从自动化技术的特点和控制功能出发，介绍了矿山机电自动化控制的应用价值和具体应用情况，指出未来发展趋势，以供参考。

关键词：矿山生产;机电控制;自动化技术;智能化;发展趋势

中图分类号：TD67 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）02-0178-02

0 引言

我国经济社会快速发展，对矿产资源的需求不断增加，矿山生产过程中，机电设备的运行性能直接影响资源开采情况。基于先进的科学技术和信息技术，自动化控制在矿山机电中的应用普遍，不仅提高了生产效率，而且能保证作业安全，有利于矿山健康长远发展。自动化技术有哪些功能？如何应用在矿山机电控制中？以下结合实践进行探讨。

1自动化技术的特点和控制功能

1.1 特点

自动化技术的特点是：（1）可靠性高，基于单片微型计算机下，配合保护电路、自诊断功能，可保证系统可靠运行。（2）容易编程，多采用继电器控制梯形图，即使没有专业的计算机知识也能进行编程。（3）组态灵活，采用积木式结构，能对系统规模和功能进行灵活改变。（4）输入和输出模块齐全，针对不同信号均有对应的模块，和CPU主板连接在一起。（5）方便安装，不需要专用机房，也不需要屏蔽措施，经接口端子连接后即可运行。（6）运行快速，采用程序控制，在保证稳定性的前提下，可显著提升运行速度。

1.2 控制功能

第一，开环控制。开环控制是自动化技术的基本功能，可对计数、定时、顺序等逻辑进行控制，可代替继电器控制系统运行。

第二，闭环控制。闭环控制功能的应用，通过对开关量和模拟量进行输入、输出，能控制压力、位移、温度、流量、速度等参数，在小型、中型、大型設备中均可实现这一功能。

第三，数字量控制。在控制系统中，配合旋转编码器、脉冲伺服装置，能对脉冲进行输出和接收，发挥出数字量控制作用。随着技术进步，数字控制模块出现并应用，具有曲线插补功能，方便了控制工作。

第四，数据采集监控。自动化技术能方便现场生产和控制工作，因此数据采集是前提，将自动化技术和触摸屏、上位计算机等连接，既能显示数据，又能统计分析。设备系统运行期间，通过自诊断监控，可避免系统故障。

2矿山机电自动化控制的应用价值

2.1 提高时效性

矿山生产中，以往采用人工手动模式，不仅工作量大，而且效率低下。机电自动化技术的应用，促使工作人员从繁忙的工作中解脱出来，不再需要大量的劳动力。机电设备的运行，只需专业人员进行调试和控制即可，既能提高工作量，又可以避免人为操作带来的误差。自动化技术和机电设备的结合，能保证设备可靠运行，增强抗干扰能力，避免故障发生，显著提升时效性。

2.2 保证安全性

矿山生产中，有不少井下作业项目，如何保证施工安全成为一个重点。传统的机电设备虽然操作简单，但是自我检修能力、自我修复能力差，出现问题后难以及时发现并处理，继而影响后续作业。自动化技术的应用，能对设备运行状态进行监测，根据工况变化调整运行参数，提高设备的安全性和稳定性。一旦出现异常情况，系统能及时报警，提示技术人员进行检修，保证工作人员的安全性，有利于提高矿山生产的综合效益。

3自动化技术在矿山机电控制中的具体应用

3.1 井下风门

对矿井下风门进行控制，传统措施是人工手动模式，根据生产需要进行开启或闭合。井下风门的内外两侧存在压力差，因此开启或闭合时有一定难度，如果操作不当可能造成风门损坏，甚至威胁工作人员的安全。为了优化控制，采用自动化技术从手动操作转变为自动操作，既能保证风门开闭的稳定性，又能保护工作人员的安全。具体来说，自动化技术、红外线技术相结合，可对进出风门的人员和车辆进行监测，做出合理的开启或闭合操作。为了降低风门两侧的压力差，可在风门上开一扇小窗，连接开关程序和自动化程序，既能满足开启、闭合的功能，又能有效防止风门损坏。

3.2 提升机运输

在提升机运输过程中，利用自动化技术能实现双回路电源，对变频系统、电控系统进行准确转换，具有手动、自动、半自动、应急停开等功能。在手闸控制上，利用全数字、电子脉冲信号，可实现零位锁定;回路和控制环节出现故障，能及时报警提示。配合触摸式液晶显示屏，能显示实时运行参数，例如提升机的位置、速度;能对系统自我检测，及时发现异常。以西门子PLC系统为例，两套系统相互冗余，冗余量达到20%以上。

3.3 机电系统

矿山生产时，以往机电设备采用继电器进行控制，随着技术发展，自动化技术出现并应用。基于自动化技术下，编程控制器的功能不断完善，能控制大功率交流器的运行。例如：自动化技术应用在提升机上，在其他地方设置控制台，可提高施工效率，简化操作流程;应用在压气设备上如螺杆式空压机，能保证气压的稳定性，实现能源节约的目标;应用在排水设备上，可对水流进行控制，在满足供水需求的同时，避免水资源浪费。

3.4 监控系统

矿山生产具有一定安全风险，在监控设备上利用自动化技术，能对各个施工环节、施工人员进行监督，指导现场生产作业。其一，通过自动化监控，能发现生产中的问题和隐患，及时采取改进措施，避免造成不利影响。其二，结合矿山生产特点，借鉴国内外成功的管理经验，确保监控设备和管理制度相适应。举例来说，无线通信技术的应用，能连接控制中心和工作人员，控制中心将命令传递给工作人员，工作人员可以反馈生产情况;地理信息技术的应用，可以了解施工人员的位置，方便分配工作任务，遇到风险灾害时能指挥工作人员自救。

3.5 集控系统

在选矿厂集控系统中，应用自动化技术是对可编程控制器进行改造，促使压滤、清洗、运输等系统组成完整的控制器;而多个控制器之间，能实时有效通信，有利于数据的采集和处理，作出科学的生产管理决策。实践证实，自动化技术应用在集控系统中，既能对电路进行监测和控制，又有利于选矿工作的开展，能实现各个环节的质量控制目标。

3.6 防跑车门

在矿井生产中，斜井运输是一个重要环节，目前运输时常见的问题是跑车现象。对此，在系统中设置安全门自动设备，就能解决这一问题。自动化技术的应用，可对安全门进行自动打开、自动关闭，常安装在巷道内，一般处于闭合状态。有运输矿车经过时，会触动安全门的开关，此时安全门自动打开;如果出现跑车现象，安全门就不会打开，阻止矿车继续前进。可见，自动化技术的应用，能保证矿车正常运行，降低事故发生率，提高斜井运输效率和安全性。

3.7 采煤设备

煤矿开采中，采煤机是基础设备，应用自动化技术能提供牵引力，提高电能利用率，根据现场情况调整采煤速度和高度，最大程度上满足采煤需求。和传统的采煤机相比，应用自动化技术后，一方面故障率降低，运行稳定性明显提升;另一方面操作简单，能减少维修工作量。就目前而言，采煤作业中已经离不开自动化技术，是煤矿产业发展的重要动力。

4矿山机电自动化技术的未来发展趋势

4.1 一体化

一体化就是对机电系统进行集成，可对数控指标进行优化设计，结合机电设备的功能需求，将基础模块做成系列标准产品，例如存儲器、输入接口、输出接口。采用积木式模块，进行增减、裁剪，从而形成不同规模、不同场次的数控系统。从市场发展来看，由于机电设备的生产商家较多，研发和制造时，各类接口应该采用统一的标准，方便后续使用和维修。在电动机、智能减速、机电一体化方面，应对不同的图像、视觉进行针对性处理，利用程序控制单元，优化各单元模块，既有利于扩大生产规模，又能开发出新产品。例如：制造标准化的机电设备时，既要生产出多功能产品，又要进行优化组合，实现降本增效的目标。

4.2 网络化

网络化是机电自动化控制的重要发展方向，能为工业生产、矿山生产带来重大变革。在矿山生产中，网络化主要体现在材料选购、产品制造、市场开发等方面，利用网络技术可对机电自动化技术进行学习，加强区域间沟通。具体到井下开采作业，将主机和监控系统相连接，可实现远程遥控，利用设定好的程序进行操作，并且不断改进管理，最终促进机电自动化技术快速发展。

4.3 智能化

智能化是将人工智能、计算机、心理学、数学等学科相结合，通过模拟人类的智能，形成推理逻辑、自主选择、自主决策的能力，将自动化技术提升至更高的层次。以工业机器人为例，就是智能化设备的典型代表，可以代替部分劳动力，提高生产效率和精准度。矿山机电设备和智能化技术的结合，可以用在危险性高的作业中，保护工作人员的安全。

4.4 绿色化

矿山开采是消耗资源能源的过程，传统开采理念下，重视经济效益，忽视了生态效益，导致环境污染和生态破坏。在未来，绿色化的矿山开采，应该将节能、降耗技术应用在机电控制中。一方面，机电设备的设计和制造，采用新型材料，减少能源消耗;对机电设备进行改进和优化，在保证生产质量的前提下，实现降耗目标。另一方面，从机电设备的管理入手，完善管理制度和约束机制，变革传统的管理理念，提高运行可靠性。

4.5 创新性

创新是工业发展的动力，矿山生产也不例外。对矿山机电设备进行创新，除了医院PLC技术以外，还可以尝试人-机用户界面（HMI）、人工神经网络（ANN）、分布式控制系统（DCS）等。以ANN为例，是模拟人脑神经元建立运算模型，具有模式识别、自动控制、自动预测等功能。矿山设备控制中采用ANN，通过信息的采集和分析，能做出科学的决策，为采矿作业和管理提供支持。

5 结语

综上所述，矿山生产中，机电设备是基础而又重要的工具，应用自动化技术能提高时效性、保证安全性。文章以井下风门、提升机运输、机电系统、监控系统、集控该系统、防跑车门、采煤设备为例，介绍了自动化技术的具体应用。在未来，矿山机电自动化技术向着一体化、网络化、智能化、绿色化、创新性的方向发展，推动矿山可持续发展。

参考文献

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