矿井机电一体化信息自动化技术的应用现状及展望

赵越

摘 要：对煤矿机电一体化自动化水平的发展方向进行简单探讨后，结合矿井机电一体化信息自动化技术的应用现状，提出了基于信息交互的机电一体化集成自动化管理系统，确定其为未来煤矿机电一体化发展的重要方向，并对典型逻辑组成网络结构进行了详细分析研究。

关键词：矿井；机电一体化；信息集成；交互共享

随着电力电子技术、计算机技术、网络通信技术、自动控制技术等快速发展，其在煤矿机电一体化产品中的合理应用和技术升级，为煤矿数字化、智能自动化、网络集成化的机电一体化产品的研发和应用提供了重要技术支撑，为信息智能化矿井动态安全管理奠定了良好的基础。机电一体化水平较高的国家，其采煤系统从井下采煤工作面、掘进工作面、通风、供水、提升，到井上的视频监控、可视化管理、集控中心等，均建立基于DSP数据处理为核心的采煤作业监控、监测、保护系统，确保煤矿机电一体化设备功能的高效、稳定、可靠发挥，工作效率得到大大提高，能耗大大降低[1]。我国在最近10多年的研发和应用过程中，煤矿机电一体化产品的性能、使用范围均有了很大提高，基本覆蓋了整个采煤系统的全过程各环节，大大提高了采煤工作效率和安全可靠水平，但同国外发达国家相比，其机电一体化信息化自动化水平依然存在一定差距。因此，大力发展我国煤矿机电一体化、智能自动化、信息可视化水平，就显得尤为重要。

1 发展煤矿机电一体化自动化水平的方向探讨

煤矿机电一体化集成监控系统，是以运行环境数据、实时运行数据、图像视频等基础数据智能自动化处理为核心，实现对煤矿机电一体化系统运行工况、周围环境、安全隐患、人员操作、设备性能等进行在线实时检测分析，避免机电一体化系统中由于某些自动化传感器的局限性引起安全隐患或故障的漏报或误报，有效弥补煤矿机电一体化监控系统在煤矿生产作业全过程中的监控盲区，降低事故发生率，确保工作人员及机电设备长期处于高效、安全的运行工况，有效提高机电一体化系统的综合自动化、信息化水平。

1.1 建立本质安全的机电一体化无线通信系统

结合RFID无线射频技术、WiFi无线终端通信技术、PDA手持式电话等为核心的机电一体化无线通信网络技术，结合远距离通信以太网、工业电视等光纤通信技术，对煤矿作业面上的机电一体化设备的运行工况、人员工作位置、作业环节等的实时数据信息进行采集，经远距离传输到地面的集控中心，实现对作业面上机电一体化设备和人员的信息的动态采集、传输、运算分析和管理。但由于煤矿作业环境较复杂，需要监控点、面较多，这对无线通信和光纤通信网络自身的综合防爆性能提出了更高的要求。因此，研究监控内容丰富、系统集成化程度较高、极限功率本质安全的通信技术，是煤矿机电一体化监控系统发展的重要方向。

1.2 建立无人工作面远程集中遥控系统

目前，煤矿井下采煤工作面已结合PLC、变频器等机电一体化控制设备，实现了采煤工作面中有人巡视和操控条件下的顺槽遥控和记忆割煤，但由于作业面工序较复杂、工艺内容较多，以及井下作业环节较复杂，还需要结合井下机械设备、电气设备、通风系统、供水系统等，进一步提高操控系统运行的安全可靠性，实现无人工作面的地面远程遥控，确保井下具有较高的瓦斯、供水、通风防护等系统的集成监控，提高作业环境的安全防护水平。

1.3 建立基于信息集成互享的煤矿机电一体化安全生产集成管理系统

目前，我国多数煤矿机电一体化设备和各种检测、监测、保护子系统大多是独立运行模式，不能实现系统间数据的相互集成共享和互操作，造成大量的机电一体化信息资源孤岛产生，造成大量的数据信息资源的丢失和浪费。因此，建立具有统一通信网络和数据处理平台的煤矿机电一体化安全生产集成自动化管理系统，已成为煤矿机电一体化发展的重要方向。

2 基于信息交互的机电一体化集成自动化管理平台的建立

在煤矿机电一体化信息集成自动化管理平台系统建设中，统一数据传输网络平台和统一软件及数据仓库平台，需要从系统硬件结构、软件配置等方面确保信息化矿山中的机电一体化各检测、监测、监控子系统模块的集成统一。通过统一数据传输模式、统一数据表达形式、统一数据处理格式和统一数据管理方式等，实现数据信息的相互集成共享，避免数据孤岛出现，提高数据的综合利用效率水平。

煤矿井下中的机电设备硐室、空压风机房、中央供水系统、水泵房、胶带、运输带、工作面等作业面上的无人值守，远程监控，自动操作，是煤矿机电设备安全稳定生产急需解决的问题。当矿井工作面有人巡视的条件下，通过顺槽遥控技术已是较为成熟的技术，但是发展无限远程遥控依然还需要进一步加深研究。通过信息集成互相平台的建设，可以对井下作业面上的机械设备、供电设备、运输设备、供水设备、通风设备、采掘设备、检测保护系统等系统信息的统一采集、集成统一，并可以结合视频技术、3D GIS技术等，实现三维可视化直观表达和智能运算分析[2]，形成矿井全过程的动态监测、控制、管理的集成一体化管理，有效提高矿井机电一体化系统的综合运行安全可靠水平和生产管理的效率效益水平。基于信息交互的机电一体化集成自动化管理系统，其逻辑组成结构如图1所示。

图1是某煤矿机电一体化集成自动化管理系统的逻辑组成结构，其包含了环境监测分站（瓦斯、粉尘等）、中央变电所、采区变电所、中央泵房（供水系统）、采煤机、给煤机、通风系统、传输胶带等子系统。通过工业现场总线，将底层（机电设备）的一体自动化操控保护系统与地面上的集控中心有机互联，便于地面作业人员进行远程运作管理和操控。通过大屏幕，工作人员可以可视化了解井下机电设备的实时运行工况状态，便于其根据实际情况制定高效合理的调控策略，有效提高采煤作业的工作效率和作业安全。机电信息一体集成化，是煤矿机电设备研究发展的重要方向，同时也是一个不断提高和深化的过程，需要在工作实践中不断优化改进。

3 结束语

煤矿机电一体化设备种类和性能的不断完善，尤其是具有防爆性能的矿用传感器技术的进一步提高，能够检测到矿井作业面上更多机电设备的运行工况状态和周围环境信息，增加了煤矿机电一体化产品的信息化、智能自动化、网络集成化功能水平。结合PLC、变频器、RFID、3D GIS、视频监控等技术，建立信息交互的机电一体化集成自动化管理系统，可以实现对整个矿井作业面的全面、完整地信息采集、远程传输、运算分析和智能决策生产，确保煤矿机电一体化设备系统功能的高效稳定发挥，提高工作面作业效率和安全水平。

参考文献

[1]时海蓓.煤矿自动化系统实现的配套装置简析[J].科技创新导报，2010，（11）：84.

[2]孙继平.煤矿自动化与信息化技术回顾与展望[J].工矿自动化，2010，（06）：26-30.