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［摘要］機電一體化技術通過對機電集成驅動技術和傳感器定位的綜合應用，可以滿足機電一體化礦山機械工程的應用需求。本文提供了一個基于機電一體化原理的礦山機械系統(tǒng)工程的應用方案。經(jīng)過與傳統(tǒng)方法的對比實驗，得到最終優(yōu)化的治理方案。

［關鍵詞］機電一體化；機械工程；礦山機械

礦山機械機電一體化是在現(xiàn)有計算機網(wǎng)絡技術、自動控制技術和礦山機械設備工作原理和方法的基礎上形成的現(xiàn)代礦山機械智能化、信息化、數(shù)字化綜合性控制方式。礦山機械機電一體化是現(xiàn)代礦山機械發(fā)展的必然趨勢，也是現(xiàn)代礦山機械設備發(fā)展的必經(jīng)之路。礦山機械自動化控制網(wǎng)絡的建立與發(fā)展，對于礦山企業(yè)的發(fā)展具有十分重要的意義［1］。隨著礦山機械工程控制網(wǎng)絡的建立和發(fā)展，礦山機械機電一體化建設已成為實現(xiàn)機電一體化的必要條件。礦山機械自動化控制網(wǎng)絡的建立和發(fā)展，使礦山機械機電一體化工程建設成為實現(xiàn)機電一體化的必備條件。礦山機電一體化雖是一個新生事物，但已成為現(xiàn)代礦產(chǎn)開采中的關鍵技術。礦山機械以其體積小、噸位大、制造工藝復雜、維護保養(yǎng)復雜等特點，成為工程領域中的重要課題。機電一體化技術應用到礦山機械設備上，能夠改善機械設備的運行狀況，提高工程的經(jīng)濟效益和社會效益。本文研究了基于機電一體化技術礦山機械的應用，分別從傳感器定位、傳感器監(jiān)測、機電集成驅動進行了分析，并將協(xié)同應用于礦山綜合生產(chǎn)采掘系統(tǒng)，比較了礦山大型機電設備協(xié)同控制技術優(yōu)化運用前后的能耗差異。

1基于機電一體化技術礦山機械的應用方法

應用方法主要是以礦山機械系統(tǒng)工程要求為基礎，與傳統(tǒng)開采設備方法進行數(shù)據(jù)對比，并對礦山機械系統(tǒng)工程開采設備進行系統(tǒng)優(yōu)化。通過對生產(chǎn)數(shù)值和富余參數(shù)影響因素的確定，形成礦山機械的優(yōu)選模式，保證機械設備的作業(yè)質量。基于機電一體化技術的礦山機械自動生產(chǎn)線設計，具體用途模式主要是在礦山系統(tǒng)的應用上依靠機電集成驅動技術和傳感器定位。

1.1構建機電集成驅動

在礦石綜合生產(chǎn)中，要實現(xiàn)采掘、提升、運輸?shù)雀鞣N功能，就要在整個礦石綜合生產(chǎn)中具體量化驅動任務。驅動任務對于礦石綜合生產(chǎn)的重要性是以系統(tǒng)任務完成效率與效果來衡量。傳統(tǒng)驅動器系統(tǒng)應用在電機、電氣等形式，而機電集成操作系統(tǒng)通過不同命令的適當操作保證機械工程合理運行，實現(xiàn)系統(tǒng)的價值，對信息安全和實際環(huán)境變化作出了相應要求。可以根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)保證操作機械臂運行的連續(xù)性和時效性。在需要及時更新設備狀態(tài)時，依靠地質條件和采礦生產(chǎn)等內容數(shù)據(jù)信息的完整性控制處理，并且完成設備故障更新與修正［2］。礦山機電集成驅動技術是機電一體化在礦山采集應用的核心技術，這一過程包括部件開發(fā)和控制，其操作流程如圖1所示。機電集成驅動技術的核心主要是四個部分。礦山工藝精細復雜，需要依靠工業(yè)減速器穩(wěn)定的牽引特性傳遞力矩，在速度進行作業(yè)時降速，保持能源穩(wěn)定運行，再通過執(zhí)行器的力臂牽制發(fā)電。可以通過機電一體化技術一邊為電機上其他系統(tǒng)比對數(shù)據(jù)傳遞信號，一邊為動力系統(tǒng)轉換提供能量，一邊克服阻力加速電網(wǎng)供應［3］。在伺服電機和步進電機進行工作時，需要確保每個基本單元的故障排查準備工作落實，合理規(guī)避風險。若遇到問題，需要第一時間上報解決。而第三部分的電氣控制板卡可以在一個部件集成多單元模擬分析，保持運行時效自然穩(wěn)定。第四個核心部件是執(zhí)行器。執(zhí)行器部件設計復雜，但損耗小，可以確保其使用僅僅在整流子和電刷兩個部件上耗能。執(zhí)行器驅動可以保障礦山機械在斜坡上穩(wěn)定運行［4］。需注意機電系統(tǒng)運行參數(shù)數(shù)據(jù)的準確性，因此即使是再小的單元出現(xiàn)故障，也會影響系統(tǒng)的正常運行。

1.2傳感器定位

確定需求分析后，比對礦山機械工程信息數(shù)據(jù)，要通過訪問數(shù)據(jù)庫，從大范圍的信息中進行選擇機械設備輸入的模糊查詢［5］。針對其中大型機電設備的狀態(tài)進行可靠性監(jiān)測，利用最大工作壓力和最高工作速率完成一系列參數(shù)信息工作，錄入及時可靠的數(shù)據(jù)信息，這對傳感器有很高的要求。1.2.1傳感器選型。針對礦山大型機電設備工作狀態(tài)實際輸入量與實際輸出量之間具體物理量，傳感器選型通常采取高壓、高溫傳感器。礦山綜合生產(chǎn)系統(tǒng)中主要耗能設備的動力來自高壓油泵，采煤機、掘石機、挖掘機和提升機的動力來自于高溫油泵，油箱油壓與溫度一定程度上影響了煤礦綜合生產(chǎn)的強度。傳感器設備被應用于礦石綜合生產(chǎn)的各個階段，包括生產(chǎn)一噸礦石的標準耗電量檢測、運載物料重量檢測、液壓信號測量等［6］。油壓、油溫傳感器選型：煤礦綜合生產(chǎn)系統(tǒng)中主要耗能設備：采礦機、礦石掘進機、挖掘機和提升機的動力來自現(xiàn)采用GD60-Y2型高壓變送器及SGW系列一體化溫度變送器。傳感器設備可以對采礦機、掘進機、挖掘機的礦石提升油箱壓力以及油溫變化進行實時的數(shù)據(jù)采集。再通過YD60Y壓力傳感器輸出460mA電流信號。利用SW/YZ系列熱電偶進行二線制傳送，二線制傳輸需要讓電源與信號輸出二根共用導線才能達到傳輸?shù)墓δ堋毫訔l件下礦山作業(yè)需要選擇防雷擊的液位傳感器。液位傳感器通常采用CY-24型號。CY-24液位傳感器采用防爆電路設計，其工作溫度寬，溫度漂移小，因此可以做到防雷擊、耐腐蝕、抗干擾的效果［7］。礦山企業(yè)在運載強度上主要采用轉速傳感器。采用G0SG-4型速度變送器對主耗能皮帶機主機轉速進行數(shù)據(jù)采集，使用CZ400型電機轉速測量儀對整個系統(tǒng)中大型機電設備電機轉速進行數(shù)據(jù)采集。載重傳感器選型：煤礦綜合生產(chǎn)系統(tǒng)中涉及裝運和承載的主耗能設備：掘進機、輸送機、公路汽車、皮帶機都采用CY-603S輪輻式稱重傳感器來采集設備所裝運的物料重量。對于傳輸精細部件，則分別使用M300334型高壓變送器與KGF2高壓變送傳感器［8］。1.2.2傳感器監(jiān)測流程。要實現(xiàn)實時可靠的監(jiān)控化、智能化協(xié)作能力，就必須制定一套完善可靠的傳感器監(jiān)測方案。礦山物聯(lián)網(wǎng)感知傳感器監(jiān)測流程如圖2所示。基于物聯(lián)網(wǎng)下的傳感器監(jiān)測，可以及時更新數(shù)據(jù)。通過傳感器數(shù)據(jù)對礦山企業(yè)的綜合生產(chǎn)系統(tǒng)進行智能化數(shù)據(jù)處理以及定位監(jiān)測，確保傳感器在線性、靈敏度上達到參考數(shù)值。具體操作步驟如下：將采集到大型機電設備的礦山模擬量數(shù)據(jù)通過傳感器模擬量接口讀入內部數(shù)據(jù)區(qū)，經(jīng)轉化后的數(shù)據(jù)通過調用功能發(fā)送到調制解調器。調制解調器接收到確認信息后，把它轉發(fā)給S7200型號監(jiān)管系統(tǒng)，通過調制解調器的處理將接收到的實時數(shù)據(jù)轉為GPS數(shù)據(jù)包格式，經(jīng)由GPS服務轉發(fā)到礦山綜合生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)上位機進行管理。通過WDRECEIV功能快速接收信息并確認，緊接著又通過WDSEND功能快速發(fā)送到綜合生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，傳輸完成的信息轉換給上位機。各子系統(tǒng)大型機電設備都遵守該規(guī)則進行工作，應用節(jié)能導向的動態(tài)優(yōu)先級礦山大型機電設備協(xié)同控制技術。不同類型的環(huán)境、工作強度選擇的傳感器也不同，在上文針對傳感器定位進行了具體的闡述。若線路流程正常，則自動聯(lián)網(wǎng)程序正常運行。若出現(xiàn)故障，則直接轉入人工處理，以確保各環(huán)節(jié)的定位監(jiān)測都能正常進行。

2實驗

若要實現(xiàn)機電一體化技術在礦山機械工程的應用優(yōu)化，提高效率，則需要利用機電集成技術和傳感器定位，滿足礦山開采裝備系統(tǒng)中富余系數(shù)和生產(chǎn)數(shù)值的持續(xù)增長。本次研究利用機電一體化技術對礦山開采實施智能化數(shù)據(jù)處理，并與傳統(tǒng)的開采礦石模式進行數(shù)據(jù)對比，最后對實驗結果加以分析得出結論。

2.1實驗準備

己知某礦山企業(yè)的綜合生產(chǎn)系統(tǒng)中配備PCM20型礦石碎壁機2臺，SZ83031型重力傳輸機3臺，MG15035-W型采礦挖掘機3臺，SGZ830630型礦石運輸機3臺，DTIIA型輸送機3臺，5L408型集合壓縮機4臺，ZF380016/3/2型高壓支架4套，MD2858型多功能運輸機3臺，Y450S3-4-1型皮帶傳送機5臺。現(xiàn)加入集成壓力技術進行驅動，經(jīng)計算此時該礦山企業(yè)綜合生產(chǎn)系統(tǒng)中各子系統(tǒng)的采掘系統(tǒng)標準噸煤能耗為282kW。現(xiàn)在設定礦山機械綜合生產(chǎn)中總任務數(shù)量不超過100臺，經(jīng)計算此時該礦山企業(yè)綜合生產(chǎn)系統(tǒng)中各子系統(tǒng)的標準噸煤能耗綜合生產(chǎn)任務數(shù)量上限為200t，對任務調度期間的噸煤能耗數(shù)據(jù)與煤炭生產(chǎn)量數(shù)據(jù)進行處理，并將處理后的數(shù)據(jù)作為實驗樣本數(shù)據(jù)。

2.2實驗結果分析

機電一體化技術應用的礦山機械工程通過對不同設備系統(tǒng)的綜合比對數(shù)據(jù)，來實現(xiàn)實時的生產(chǎn)能力數(shù)據(jù)精度問題的分析，如表1所示。從表1可以得出，相較于傳統(tǒng)的礦山采集模式，優(yōu)化后的設備在生產(chǎn)數(shù)值和富余系數(shù)都有了穩(wěn)定提升，優(yōu)化后的開采設備與傳統(tǒng)開采設備差額提高了20t。礦山開采幾乎提升了一倍，達到了100t的高質量提升。在富余系數(shù)上也有了穩(wěn)定的提高，傳統(tǒng)的富余系數(shù)在2.86～9.71之間波動，而優(yōu)化后的富余系數(shù)也基本上保持了一倍的增長，并且能夠滿足礦山機械生產(chǎn)工作的基本要求。但還需注意，若提升后的裝備速率大于運輸速率，那么礦產(chǎn)資源滯留波動會逐漸下滑。通過合理利用優(yōu)化，機電一體化的礦山機械工程應用達到最大效率提升，設備的生產(chǎn)取得良好的效益，且富余系數(shù)符合采礦機械基本的約束條件，這說明機電一體化技術對礦山采集等工作進行了智能性的優(yōu)化。通過實驗數(shù)據(jù)表明，本文所給出的優(yōu)選方案仍存在著一定可能性，完成了對礦山機械工程配置的階段性提升要求，并可以適應于日常工業(yè)生產(chǎn)的設計需要。

3結束語

本研究中通過與傳統(tǒng)開采的數(shù)據(jù)進行對比，結合礦山工程的設備條件應用實踐，準確反映了優(yōu)化后礦山機械工程運行質量的穩(wěn)定提升，提高方法的適用優(yōu)化率，以便礦山工程機電一體化結合后減少耗能。但由于研究經(jīng)驗有限，仍有很大的改進空間，特別是缺乏對礦山機電一體化系統(tǒng)的綜合評價指標，希望本文的研究能對礦山機械提供一些理論幫助。

作者:齊朋亮 單位:中鐵十九局礦業(yè)公司