煤礦機電自動化集控發(fā)展應(yīng)用
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摘要：在社會市場經(jīng)濟帶動下，科學技術(shù)在能源行業(yè)的整體應(yīng)用占比顯著提升，為煤礦開采行業(yè)提供了便利，切實將現(xiàn)代化技術(shù)與傳統(tǒng)能源行業(yè)實現(xiàn)有效結(jié)合，并誕生了諸如機電自動化集控等現(xiàn)代化技術(shù)。據(jù)此，本文簡要論述該技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，明確其主要特點及缺陷，并從實踐角度提出技術(shù)應(yīng)用的主要渠道，同時對此類技術(shù)的今后發(fā)展進行展望。
關(guān)鍵詞：煤礦機電系統(tǒng)；自動化集控；發(fā)展應(yīng)用
引言
通常來講，煤礦機電自動化集控對于當今能源行業(yè)發(fā)展具有重要的推動作用，現(xiàn)代煤礦產(chǎn)業(yè)的改革創(chuàng)新與高效化運營均離不開自動化控制技術(shù)。得益于此類技術(shù)的諸多優(yōu)勢，我國能源開采行業(yè)在新時代背景下逐漸實現(xiàn)了低能耗生產(chǎn)，有效實現(xiàn)了資源開采與能源損耗的動態(tài)平衡。因此在未來階段，進一步拓展機電集控技術(shù)的應(yīng)用范圍，提高技術(shù)穩(wěn)定性，對于落實能源開采行業(yè)的產(chǎn)業(yè)深度升級具有重要的現(xiàn)實意義。
1.煤礦機電自動化集控的發(fā)展現(xiàn)狀
隨著科學技術(shù)逐漸深入各產(chǎn)業(yè)基層，技術(shù)優(yōu)勢使得煤礦產(chǎn)業(yè)得到快速發(fā)展，并在煤礦開采、生產(chǎn)及運輸?shù)攘鞒讨械玫斤@著體現(xiàn)，直接降低了整體行業(yè)的運營控制成本投入。在煤炭開采流程中，機電設(shè)備的高效化與穩(wěn)定化運作可確保煤炭開采正常，對于穩(wěn)定煤炭企業(yè)的日常運營意義重大。而在機械設(shè)備集成化與自動化升級方面，集控設(shè)備的大規(guī)模生產(chǎn)，可進一步強化煤礦設(shè)備穩(wěn)定性，實現(xiàn)設(shè)備自動化運行，并降低各類設(shè)備的故障率，使檢修人員可根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)直接確定維修故障點位，因此，集成技術(shù)的快速發(fā)展使得煤礦產(chǎn)業(yè)逐漸走向高技術(shù)性產(chǎn)業(yè)。但就相關(guān)理論研究而言，國內(nèi)機電集控技術(shù)在覆蓋面、技術(shù)深度等方面水平有限，難以全面提高煤礦開采行業(yè)的整體運行效率，因此，相關(guān)領(lǐng)域的專家學者通過技術(shù)融合以及外部技術(shù)本地化等方案，進一步拓展我國的機電集控技術(shù)，在結(jié)合本地煤礦開采的實際工作需求以及地形特征，逐步提高了煤礦集成自動化技術(shù)的應(yīng)用效果。現(xiàn)階段，我國煤炭機電自動化集控的的整體發(fā)展情況可大致歸為以下兩點：一是設(shè)備覆蓋。一般而言，煤礦開采工作要求多部門協(xié)同合作，因而在機電設(shè)備控制方面需統(tǒng)一調(diào)動多臺設(shè)備，但目前國內(nèi)多數(shù)礦井仍缺少相關(guān)協(xié)同控制技術(shù)，因此，在低成本領(lǐng)域內(nèi)我國自動化集控技術(shù)仍存空白，需要一些系統(tǒng)化、低成本化兼顧的技術(shù)加以完善。二是機電設(shè)備的系統(tǒng)整合。多數(shù)煤礦企業(yè)的設(shè)備種類不盡相同，因而在設(shè)備性能、接口規(guī)格等方面也存在差異。所以機電設(shè)備的統(tǒng)一控制工作難度顯著上升。而集控技術(shù)需結(jié)合開采任務(wù)需求同步調(diào)動多個設(shè)備，因此兩類不同系統(tǒng)的整合成為國內(nèi)機電自動化集成技術(shù)的另一問題。但隨著行業(yè)技術(shù)的發(fā)展，我國機電設(shè)備生產(chǎn)商正逐步實現(xiàn)規(guī)格和標準統(tǒng)一，降低集控系統(tǒng)的調(diào)控難度，使其在不同環(huán)境下可發(fā)揮既定作用[1]。
2.煤礦機電自動化集控特點以及缺陷
(1)煤礦機電自動化集控技術(shù)的特點由于機電自動化集控的核心部件是由計算機以及智能化軟件系統(tǒng)構(gòu)成，因此該項技術(shù)通常具有自主運算控制、自動監(jiān)測、數(shù)據(jù)收集等多種功能，因而在使用過程中，操作人員無需過多干預系統(tǒng)運行，具有操作簡便、自動化程度高、控制效果好等特點[2]。(2)煤礦機電自動化集控的作用煤礦機電自動化集控主要負責各類設(shè)備的統(tǒng)一控制，其主體作用如下：可監(jiān)測并反饋設(shè)備故障，同時根據(jù)各類傳感器數(shù)據(jù)計算當前設(shè)備的運行狀態(tài)。此外，在增加智能化模塊后，機電自動化集控系統(tǒng)可結(jié)合輸入的開采數(shù)據(jù)制定對應(yīng)的工作計劃，從而有效減少人工成本投入。與此同時，結(jié)合設(shè)備的數(shù)據(jù)檔案功能，后臺控制人員可定期通過數(shù)據(jù)報告形式分析設(shè)備的各類詳細數(shù)據(jù)，從而提高設(shè)備的管理維護效率[3]。(3)機電自動化集控發(fā)展中的主要問題目前，機械自動化行業(yè)雖逐步開展機電自動化集控技術(shù)的深入研究發(fā)展，但是與一線技術(shù)強國相比較仍然存在諸多技術(shù)問題。①機電自動化技術(shù)水平差距較大。我國的煤礦機電自動化技術(shù)發(fā)展周期相對較短，部分核心技術(shù)處于西方技術(shù)封鎖下，在技術(shù)突破方面受到諸多限制，所以我國近年來國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域成熟化產(chǎn)品數(shù)量相對較少，部分地區(qū)的大型煤炭企業(yè)仍采用外國技術(shù)系統(tǒng)。②煤礦機電自動化技術(shù)研究尚未形成體系。自動化集控技術(shù)發(fā)展不僅依賴于機械、軟件等領(lǐng)域，其更多要求基礎(chǔ)科學領(lǐng)域的突破性發(fā)展，但就實際而言，我國目前的煤礦機電自動化集控技術(shù)在基礎(chǔ)科學方面受到諸多限制，因而導致對應(yīng)的控制設(shè)備存在精度問題，進而嚴重阻礙了國內(nèi)自動化集控技術(shù)的深度迭代，反映在宏觀市場角度則體現(xiàn)出我國相關(guān)技術(shù)企業(yè)的產(chǎn)品覆蓋面積相對有限，且多數(shù)集中于低端市場[4]。
3.煤礦機電自動化集控技術(shù)的應(yīng)用
目前，我國機電集控技術(shù)主要應(yīng)用在環(huán)境檢測、采煤牽引、礦井提升及煤炭運輸?shù)入A段中，通過自動化技術(shù)的優(yōu)勢提高煤礦機電的整體運轉(zhuǎn)精度以及效率，使煤礦產(chǎn)業(yè)有效地提升煤炭開采的質(zhì)量和效率。
(1)環(huán)境檢測
安全生產(chǎn)是確保礦企日常工作順利開展的重要基礎(chǔ)工作流程。但受到礦井環(huán)境限制影響，煤炭開采準備工作種類繁雜多樣，少數(shù)小型煤礦在不同機電設(shè)備的安裝擺放方面缺少規(guī)劃，這便導致煤炭企業(yè)運營生產(chǎn)易出現(xiàn)嚴重的安全隱患。而積極引入機電集控技術(shù)可詳細反應(yīng)當前設(shè)備的運行狀態(tài)，系統(tǒng)全面監(jiān)測設(shè)備各階段工作情況。通常來講，我國礦井環(huán)境檢測設(shè)備多通過專業(yè)供應(yīng)商專項采購而來，國內(nèi)技術(shù)體系相對薄弱，對應(yīng)產(chǎn)品難以直接引入到煤礦生產(chǎn)之中，導致部分應(yīng)用國產(chǎn)設(shè)備的煤礦產(chǎn)業(yè)始終存在安全生產(chǎn)問題。但隨著技術(shù)的逐漸迭代，國內(nèi)機電集控技術(shù)逐步完善后，將傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測單元整合到集控技術(shù)體系中，可詳細收集煤礦環(huán)境中的各種變量數(shù)據(jù)，并將環(huán)境檢測技術(shù)融入到集控體系之中，為企業(yè)生產(chǎn)運營提供安全保障[5]。
(2)采煤牽引
通常來講，采煤牽引技術(shù)是集控技術(shù)體系中的重要組成部分，再配合集控系統(tǒng)后能夠有效提升采煤設(shè)備的整體作業(yè)效率。在進一步升級開發(fā)采煤牽引技術(shù)后，可將針對各個環(huán)節(jié)的煤炭轉(zhuǎn)運設(shè)備進行統(tǒng)一控制。就實際而言，目前多數(shù)的機電牽引技術(shù)具備自動化控制能力與高穩(wěn)定性，然而在功耗平衡方面存在較多問題，對于煤炭企業(yè)的綠色化發(fā)展戰(zhàn)略落實造成負面影響，但將機電集控技術(shù)融入到牽引技術(shù)中后，可通過變頻控制單元降低牽引機的能量損耗，提高采煤牽引機的工作效率，從而實現(xiàn)設(shè)備能耗的精確控制。另外，通過集控技術(shù)中的各類傳感器，可輔助液壓牽引系統(tǒng)實現(xiàn)載重牽引功率的細微調(diào)整，并判斷當前設(shè)備的運行狀態(tài)，準確地把握礦井的復雜運行環(huán)境，為后臺系統(tǒng)自動化調(diào)整提供重要的數(shù)據(jù)支撐。
(3)煤礦采集
提升機是多數(shù)煤礦設(shè)備調(diào)運以及人員轉(zhuǎn)運的主要工具，該設(shè)備的主要特點是自身操作控制較難、質(zhì)量較高、空間體積較大，若缺乏合理適用控制則可能影響煤炭采集，而將其并入到機電集控系統(tǒng)后，便可大幅提高設(shè)備的整體控制效率，增強機電設(shè)備的運行控制精度，進而降低了機電設(shè)備的手動控制難度，消除設(shè)備運行過程中出現(xiàn)的各類問題。另外，在故障檢測方面，機電集控技術(shù)通過智能化模塊可分析提升機的整體運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，并針對潛在的故障區(qū)域進行標記與定位，隨后可通過后臺報告形式為運管人員提供相關(guān)數(shù)據(jù)，從而幫助維修人員高效、快捷地維護設(shè)備，避免設(shè)備出現(xiàn)宕機問題。此外，機電集控技術(shù)能夠幫助煤炭提升機簡化內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使提升機的控制系統(tǒng)得到優(yōu)化和改善[6]。
(4)煤炭運輸
煤炭運輸是煤炭生產(chǎn)的重要步驟之一，在此過程中，技術(shù)人員要確保在運輸過程中運輸設(shè)備的穩(wěn)定性與安全性。為進一步提高整體生產(chǎn)效率，多數(shù)煤炭企業(yè)均致力于提高運輸設(shè)備的性能，但就實際而言，運輸設(shè)備技術(shù)的研發(fā)迭代通常要投入大量資源，而積極引入成熟的控制系統(tǒng)更為直接有效。因此，部分采購了西方成熟的機電集控技術(shù)，以此提高煤礦運輸設(shè)備的整體運載效率，并通過動態(tài)功耗控制技術(shù)進一步優(yōu)化成本投入。此外，在我國部分企業(yè)在機電集控技術(shù)研發(fā)過程中逐步開展進行系統(tǒng)軟件的自主研發(fā)，并意圖通過軟件優(yōu)勢進一步提高煤炭轉(zhuǎn)運設(shè)備的整體穩(wěn)定，消除長時間運行后設(shè)備潛在的故障風險，為煤礦企業(yè)的開采工作提供穩(wěn)定保障。然后受到不同地域煤炭環(huán)境的差異化影響，少數(shù)礦井的運輸距離相對較長，運輸設(shè)備的傳動裝置在長期運行過后可能出現(xiàn)不穩(wěn)定問題，甚至出現(xiàn)皮帶打滑等問題。因此，針對上述問題，技術(shù)人員應(yīng)進步一步升級系統(tǒng)監(jiān)測能力，通過對應(yīng)的傳感器收集的數(shù)據(jù)建立運輸設(shè)備的穩(wěn)定運行周期檔案，幫助技術(shù)人員提前明確設(shè)備的運行故障點，并提前進行設(shè)備故障處理[7]。
(5)監(jiān)測礦井生產(chǎn)安全
煤礦機電自動化疾控技術(shù)的應(yīng)用，在礦井的生產(chǎn)安全中具有監(jiān)測功能，因為煤礦機電自動化具有程序化、信息化和智能化的顯著特點，設(shè)備設(shè)施體積小，維護簡單，操作方便，有著可靠的性能，將煤礦機電自動化集控技術(shù)應(yīng)用到礦井的生產(chǎn)中，可以發(fā)揮出其智能化的應(yīng)用優(yōu)勢，對煤礦的生產(chǎn)安全進行監(jiān)測。在礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)中，煤礦機電自動化集控技術(shù)的應(yīng)用水平反映在系統(tǒng)的運行和系統(tǒng)的功能上，我國的自動化監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用起步時間并不長，和發(fā)達國家相比，自動化監(jiān)測的技術(shù)水平薄弱，曾經(jīng)的很長一段時間內(nèi)，我國的自動化檢測活動的設(shè)備設(shè)施來源主要是依賴進口，自主研發(fā)的能力有限，目前則處于逐步探索和創(chuàng)新發(fā)展的階段，因此我國的煤礦機電自動化集控技術(shù)的水平有待進一步提高。隨著近些年來科學技術(shù)水平的持續(xù)發(fā)展，我國在引進國外的先進設(shè)備的過程中，逐漸加強了對設(shè)備的開發(fā)、研究，結(jié)合設(shè)備設(shè)施的運行原理和功能，根據(jù)煤礦企業(yè)的開采需求，逐漸構(gòu)建起了屬于我國獨有的煤礦機電自動化監(jiān)控系統(tǒng)，向著世界級的先進水平靠近。根據(jù)國家出臺的有關(guān)政策和煤礦開采的安全章程的內(nèi)容，圍繞著監(jiān)控監(jiān)測的開發(fā)理念。要在先抽后采、以風定產(chǎn)的原則下，利用機電自動化集控技術(shù)進行煤礦的安全監(jiān)管，強化礦井的生產(chǎn)安全性。例如在預警瓦斯方面，利用自動化技工技術(shù)，精準的進行預警活動，根據(jù)礦井的生產(chǎn)現(xiàn)狀，加強全方位、智能化的礦井監(jiān)測，配備完善的配套設(shè)備和設(shè)施，在通信功能的支持下，增強安全生產(chǎn)的管理水平。
4.煤礦機電自動化集控的發(fā)展趨勢
(1)進一步提高機電集成技術(shù)的控制效能
隨著技術(shù)研發(fā)的不斷投入，機電集控技術(shù)在各領(lǐng)域中的應(yīng)用使得多數(shù)產(chǎn)業(yè)認識到此類技術(shù)的優(yōu)勢，在今后發(fā)展過程，此類技術(shù)將逐步提高其控制效能，同時系統(tǒng)迭代周期逐漸縮短，應(yīng)用范圍顯著擴大，可實現(xiàn)復雜系統(tǒng)的同步控制，也可有效地幫助企業(yè)提高生產(chǎn)效率與生產(chǎn)安全性，同時逐步壓縮投入成本[8]。此外，部分大型企業(yè)則逐步研發(fā)遠程遙控與自動化機電集成技術(shù)，從而實現(xiàn)全區(qū)域的無人化作業(yè)，降低人力資源投入成本，消除人員誤操作對設(shè)備的影響，以此提高整體開采系統(tǒng)的自動化程度。除此之外，通過遠程操控單元，技術(shù)人員可在復雜環(huán)境下通過手動操作完成特殊開采與設(shè)備安裝任務(wù)，避免在高危環(huán)境下作業(yè)出現(xiàn)工作人員人身安全問題，提高企業(yè)生產(chǎn)的安全性[9]。
(2)借助AI技術(shù)提高其自主化能力
隨著現(xiàn)代智能化技術(shù)的發(fā)展，大數(shù)據(jù)、云計算、深度學習以及人神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逐漸成為未來階段機電集控技術(shù)的發(fā)展方向，因此，隨著智能化控制技術(shù)的逐步完善，未來階段可能出現(xiàn)完全自主化的機電集成控制系統(tǒng)。結(jié)合相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可通過特定的數(shù)據(jù)算法處理煤炭采集設(shè)備、運輸單元、牽引單元的整體工作數(shù)據(jù)，同時結(jié)合后臺算法制定標準化作業(yè)程序，消除設(shè)備的運行故障問題[10]。如果發(fā)生特殊情況，例如出現(xiàn)礦井地形變化，則可借助神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的集控系統(tǒng)搜集相關(guān)數(shù)據(jù)內(nèi)容，并調(diào)動各設(shè)備中的PLC控制器，調(diào)整各類設(shè)備的整體運行參數(shù)，使其恢復正常。若設(shè)備出現(xiàn)較為嚴重的故障問題，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)則可轉(zhuǎn)接到人工管理模式，將故障原因以及搜集到的相關(guān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給運維技術(shù)人員，同時提供對應(yīng)的維護工作建議，以確保在最短時間內(nèi)恢復設(shè)備的運行狀態(tài)，提升企業(yè)的經(jīng)濟收益。除此之外，在集成深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)后，煤礦企業(yè)也可將設(shè)備系統(tǒng)關(guān)聯(lián)至本地數(shù)據(jù)庫，通過大數(shù)據(jù)系統(tǒng)搜集同類設(shè)備的整體運行數(shù)據(jù)記錄，并對本地設(shè)備的運行數(shù)據(jù)信息進行調(diào)整，以此確保機電設(shè)備的運行過程更加趨于標準化，提升各大煤礦機電設(shè)備的穩(wěn)定性和安全性，提升機電設(shè)備自主維護、自動預警及自動保護的功能和作用[11]。
5.結(jié)語
綜上，我國機電集控技術(shù)正處于快速發(fā)展期間，雖然在應(yīng)用范圍方面得到顯著提升，但仍與西方先進企業(yè)存在一定差距，因此，我國在機電自動化集控技術(shù)方面應(yīng)逐步引入網(wǎng)絡(luò)化、智能化技術(shù)體系，深度發(fā)展遠程后臺操控、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及大數(shù)據(jù)技術(shù)等具有控制優(yōu)勢的底層技術(shù)，從而為本地區(qū)的集控技術(shù)提供足夠的發(fā)展空間，使得技術(shù)系統(tǒng)更加符合我國本地化礦區(qū)環(huán)境需求，使煤礦企業(yè)生產(chǎn)、運輸及環(huán)境檢測質(zhì)量得到有效提高。進而推動我國社會市場經(jīng)濟的健康發(fā)展，提升產(chǎn)業(yè)資源優(yōu)化的推進進程[12]。
作者:張冰 單位:山西焦煤西山煤電東曲礦
