机电一体化技术在矿山机械中应用

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［摘要］机电一体化技术通过对机电集成驱动技术和传感器定位的综合应用，可以满足机电一体化矿山机械工程的应用需求。本文提供了一个基于机电一体化原理的矿山机械系统工程的应用方案。经过与传统方法的对比实验，得到最终优化的治理方案。

［关键词］机电一体化；机械工程；矿山机械

矿山机械机电一体化是在现有计算机网络技术、自动控制技术和矿山机械设备工作原理和方法的基础上形成的现代矿山机械智能化、信息化、数字化综合性控制方式。矿山机械机电一体化是现代矿山机械发展的必然趋势，也是现代矿山机械设备发展的必经之路。矿山机械自动化控制网络的建立与发展，对于矿山企业的发展具有十分重要的意义［1］。随着矿山机械工程控制网络的建立和发展，矿山机械机电一体化建设已成为实现机电一体化的必要条件。矿山机械自动化控制网络的建立和发展，使矿山机械机电一体化工程建设成为实现机电一体化的必备条件。矿山机电一体化虽是一个新生事物，但已成为现代矿产开采中的关键技术。矿山机械以其体积小、吨位大、制造工艺复杂、维护保养复杂等特点，成为工程领域中的重要课题。机电一体化技术应用到矿山机械设备上，能够改善机械设备的运行状况，提高工程的经济效益和社会效益。本文研究了基于机电一体化技术矿山机械的应用，分别从传感器定位、传感器监测、机电集成驱动进行了分析，并将协同应用于矿山综合生产采掘系统，比较了矿山大型机电设备协同控制技术优化运用前后的能耗差异。

1基于机电一体化技术矿山机械的应用方法

应用方法主要是以矿山机械系统工程要求为基础，与传统开采设备方法进行数据对比，并对矿山机械系统工程开采设备进行系统优化。通过对生产数值和富余参数影响因素的确定，形成矿山机械的优选模式，保证机械设备的作业质量。基于机电一体化技术的矿山机械自动生产线设计，具体用途模式主要是在矿山系统的应用上依靠机电集成驱动技术和传感器定位。

1.1构建机电集成驱动

在矿石综合生产中，要实现采掘、提升、运输等各种功能，就要在整个矿石综合生产中具体量化驱动任务。驱动任务对于矿石综合生产的重要性是以系统任务完成效率与效果来衡量。传统驱动器系统应用在电机、电气等形式，而机电集成操作系统通过不同命令的适当操作保证机械工程合理运行，实现系统的价值，对信息安全和实际环境变化作出了相应要求。可以根据数据库中的数据保证操作机械臂运行的连续性和时效性。在需要及时更新设备状态时，依靠地质条件和采矿生产等内容数据信息的完整性控制处理，并且完成设备故障更新与修正［2］。矿山机电集成驱动技术是机电一体化在矿山采集应用的核心技术，这一过程包括部件开发和控制，其操作流程如图1所示。机电集成驱动技术的核心主要是四个部分。矿山工艺精细复杂，需要依靠工业减速器稳定的牵引特性传递力矩，在速度进行作业时降速，保持能源稳定运行，再通过执行器的力臂牵制发电。可以通过机电一体化技术一边为电机上其他系统比对数据传递信号，一边为动力系统转换提供能量，一边克服阻力加速电网供应［3］。在伺服电机和步进电机进行工作时，需要确保每个基本单元的故障排查准备工作落实，合理规避风险。若遇到问题，需要第一时间上报解决。而第三部分的电气控制板卡可以在一个部件集成多单元模拟分析，保持运行时效自然稳定。第四个核心部件是执行器。执行器部件设计复杂，但损耗小，可以确保其使用仅仅在整流子和电刷两个部件上耗能。执行器驱动可以保障矿山机械在斜坡上稳定运行［4］。需注意机电系统运行参数数据的准确性，因此即使是再小的单元出现故障，也会影响系统的正常运行。

1.2传感器定位

确定需求分析后，比对矿山机械工程信息数据，要通过访问数据库，从大范围的信息中进行选择机械设备输入的模糊查询［5］。针对其中大型机电设备的状态进行可靠性监测，利用最大工作压力和最高工作速率完成一系列参数信息工作，录入及时可靠的数据信息，这对传感器有很高的要求。1.2.1传感器选型。针对矿山大型机电设备工作状态实际输入量与实际输出量之间具体物理量，传感器选型通常采取高压、高温传感器。矿山综合生产系统中主要耗能设备的动力来自高压油泵，采煤机、掘石机、挖掘机和提升机的动力来自于高温油泵，油箱油压与温度一定程度上影响了煤矿综合生产的强度。传感器设备被应用于矿石综合生产的各个阶段，包括生产一吨矿石的标准耗电量检测、运载物料重量检测、液压信号测量等［6］。油压、油温传感器选型：煤矿综合生产系统中主要耗能设备：采矿机、矿石掘进机、挖掘机和提升机的动力来自现采用GD60-Y2型高压变送器及SGW系列一体化温度变送器。传感器设备可以对采矿机、掘进机、挖掘机的矿石提升油箱压力以及油温变化进行实时的数据采集。再通过YD60Y压力传感器输出460mA电流信号。利用SW/YZ系列热电偶进行二线制传送，二线制传输需要让电源与信号输出二根共用导线才能达到传输的功能。恶劣条件下矿山作业需要选择防雷击的液位传感器。液位传感器通常采用CY-24型号。CY-24液位传感器采用防爆电路设计，其工作温度宽，温度漂移小，因此可以做到防雷击、耐腐蚀、抗干扰的效果［7］。矿山企业在运载强度上主要采用转速传感器。采用G0SG-4型速度变送器对主耗能皮带机主机转速进行数据采集，使用CZ400型电机转速测量仪对整个系统中大型机电设备电机转速进行数据采集。载重传感器选型：煤矿综合生产系统中涉及装运和承载的主耗能设备：掘进机、输送机、公路汽车、皮带机都采用CY-603S轮辐式称重传感器来采集设备所装运的物料重量。对于传输精细部件，则分别使用M300334型高压变送器与KGF2高压变送传感器［8］。1.2.2传感器监测流程。要实现实时可靠的监控化、智能化协作能力，就必须制定一套完善可靠的传感器监测方案。矿山物联网感知传感器监测流程如图2所示。基于物联网下的传感器监测，可以及时更新数据。通过传感器数据对矿山企业的综合生产系统进行智能化数据处理以及定位监测，确保传感器在线性、灵敏度上达到参考数值。具体操作步骤如下：将采集到大型机电设备的矿山模拟量数据通过传感器模拟量接口读入内部数据区，经转化后的数据通过调用功能发送到调制解调器。调制解调器接收到确认信息后，把它转发给S7200型号监管系统，通过调制解调器的处理将接收到的实时数据转为GPS数据包格式，经由GPS服务转发到矿山综合生产监控系统上位机进行管理。通过WDRECEIV功能快速接收信息并确认，紧接着又通过WDSEND功能快速发送到综合生产监控系统，传输完成的信息转换给上位机。各子系统大型机电设备都遵守该规则进行工作，应用节能导向的动态优先级矿山大型机电设备协同控制技术。不同类型的环境、工作强度选择的传感器也不同，在上文针对传感器定位进行了具体的阐述。若线路流程正常，则自动联网程序正常运行。若出现故障，则直接转入人工处理，以确保各环节的定位监测都能正常进行。

2实验

若要实现机电一体化技术在矿山机械工程的应用优化，提高效率，则需要利用机电集成技术和传感器定位，满足矿山开采装备系统中富余系数和生产数值的持续增长。本次研究利用机电一体化技术对矿山开采实施智能化数据处理，并与传统的开采矿石模式进行数据对比，最后对实验结果加以分析得出结论。

2.1实验准备

己知某矿山企业的综合生产系统中配备PCM20型矿石碎壁机2台，SZ83031型重力传输机3台，MG15035-W型采矿挖掘机3台，SGZ830630型矿石运输机3台，DTIIA型输送机3台，5L408型集合压缩机4台，ZF380016/3/2型高压支架4套，MD2858型多功能运输机3台，Y450S3-4-1型皮带传送机5台。现加入集成压力技术进行驱动，经计算此时该矿山企业综合生产系统中各子系统的采掘系统标准吨煤能耗为282kW。现在设定矿山机械综合生产中总任务数量不超过100台，经计算此时该矿山企业综合生产系统中各子系统的标准吨煤能耗综合生产任务数量上限为200t，对任务调度期间的吨煤能耗数据与煤炭生产量数据进行处理，并将处理后的数据作为实验样本数据。

2.2实验结果分析

机电一体化技术应用的矿山机械工程通过对不同设备系统的综合比对数据，来实现实时的生产能力数据精度问题的分析，如表1所示。从表1可以得出，相较于传统的矿山采集模式，优化后的设备在生产数值和富余系数都有了稳定提升，优化后的开采设备与传统开采设备差额提高了20t。矿山开采几乎提升了一倍，达到了100t的高质量提升。在富余系数上也有了稳定的提高，传统的富余系数在2.86～9.71之间波动，而优化后的富余系数也基本上保持了一倍的增长，并且能够满足矿山机械生产工作的基本要求。但还需注意，若提升后的装备速率大于运输速率，那么矿产资源滞留波动会逐渐下滑。通过合理利用优化，机电一体化的矿山机械工程应用达到最大效率提升，设备的生产取得良好的效益，且富余系数符合采矿机械基本的约束条件，这说明机电一体化技术对矿山采集等工作进行了智能性的优化。通过实验数据表明，本文所给出的优选方案仍存在着一定可能性，完成了对矿山机械工程配置的阶段性提升要求，并可以适应于日常工业生产的设计需要。

3结束语

本研究中通过与传统开采的数据进行对比，结合矿山工程的设备条件应用实践，准确反映了优化后矿山机械工程运行质量的稳定提升，提高方法的适用优化率，以便矿山工程机电一体化结合后减少耗能。但由于研究经验有限，仍有很大的改进空间，特别是缺乏对矿山机电一体化系统的综合评价指标，希望本文的研究能对矿山机械提供一些理论帮助。

作者:齐朋亮 单位:中铁十九局矿业公司