煤炭開采過程中耗能較大，同我國節(jié)能減排的目標(biāo)要求相悖。盡管煤炭節(jié)能減排做了許多工作也取得一定成效，但其粗放發(fā)展模式至今仍是煤炭企業(yè)難以根本轉(zhuǎn)型的重要難點(diǎn) ［1］ 。當(dāng)前，協(xié)同控制煤炭設(shè)備成為國內(nèi)外礦山設(shè)備節(jié)能的重要實(shí)現(xiàn)途徑。許多實(shí)踐證明對礦山大型機(jī)電設(shè)備實(shí)施協(xié)同控制能夠有效降低其運(yùn)行耗能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)煤炭運(yùn)行的節(jié)能目標(biāo)。本文從礦山大型機(jī)電設(shè)備的類別入手來分析其機(jī)電設(shè)備協(xié)同控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

 

一、礦山大型機(jī)電設(shè)備的類別及其耗能影響

        礦山系統(tǒng)較為復(fù)雜，擁有的大型機(jī)電設(shè)備非常多，各類大型機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行耗能較大，且存在差異性。通常情況下，運(yùn)輸系統(tǒng)、采掘系統(tǒng)、壓風(fēng)和提升系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)和排水系統(tǒng)的機(jī)電設(shè)備耗能相對較大 ［2］ 。運(yùn)輸系統(tǒng)主要包括電機(jī)車、公路運(yùn)輸汽車及帶式輸送機(jī);采掘系統(tǒng)機(jī)電設(shè)備主要是采煤機(jī)、掘進(jìn)機(jī)和刮板輸送機(jī);提升系統(tǒng)機(jī)電設(shè)備主要包括多繩摩擦提升機(jī)和單繩纏繞提升機(jī);壓風(fēng)系統(tǒng)機(jī)電設(shè)備主要是空氣壓縮機(jī)，排水系統(tǒng)機(jī)電設(shè)備為多功能水泵;通風(fēng)系統(tǒng)則包括混合式、壓入式及抽出式通風(fēng)機(jī)。

 

        礦山的生產(chǎn)系統(tǒng)及環(huán)境都非常復(fù)雜，大型機(jī)電設(shè)備的耗能受到多方因素的影響，其中其中最主要的是生產(chǎn)管理、設(shè)備及自然環(huán)境、科技發(fā)展及應(yīng)用程度。要實(shí)現(xiàn)礦山機(jī)電設(shè)備低耗能，必須從技術(shù)因素和管理方案等方面進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，使其工作處于流水線式狀態(tài)。對礦山設(shè)備實(shí)際能耗、實(shí)際工作效率、設(shè)備自身耗能及總耗能量、礦山系統(tǒng)總負(fù)荷、總體效率值進(jìn)行計(jì)算，在總負(fù)荷量一定的狀況下確保每臺設(shè)備都在最佳負(fù)荷量狀態(tài)下工作，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能。礦山系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)龐雜，協(xié)同工作會受到各種因素影響，生產(chǎn)過程中很難做到各個系統(tǒng)內(nèi)機(jī)電設(shè)備全部處于最佳的效率點(diǎn) ［3］ 。因此，應(yīng)利用最佳平方逼近法對系統(tǒng)最優(yōu)效率進(jìn)行計(jì)算，求出其逼近函數(shù)，進(jìn)而計(jì)算出機(jī)電設(shè)備實(shí)際工作效率的最佳理想值，并求出設(shè)備耗能。

 

二、協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

        礦山大型機(jī)電設(shè)備協(xié)同控制系統(tǒng)的構(gòu)建，需要利用數(shù)據(jù)融合和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，進(jìn)行遠(yuǎn)程協(xié)同控制。

 

( 一) 數(shù)據(jù)檢測及融合

        此系統(tǒng)中，物聯(lián)網(wǎng)感知層中檢測提升機(jī)、掘進(jìn)機(jī)和采煤機(jī)油壓油箱的為 SC316LB油壓變送器，帶式輸送機(jī)、高速軸、掘進(jìn)機(jī)油箱、采煤機(jī)油箱、空壓機(jī)控制箱面板等溫度則利用一體化溫度變送器進(jìn)行檢測，提升機(jī)及水泵電動機(jī)溫度則利用傳感器進(jìn)行檢測，該傳感器為吸附式磁性傳感器，型號為 CXF-104K。檢測輸送機(jī)滾筒轉(zhuǎn)速則利用速度傳感器 GSG-4 來實(shí)現(xiàn)。掘進(jìn)機(jī)、帶式輸送機(jī)及刮板輸送機(jī)的物料裝運(yùn)質(zhì)量則由稱重傳感器(CYB-603S) 進(jìn)行檢測。檢測礦井用水量則用液位傳感器(CYB-24S)檢測。壓風(fēng)系統(tǒng)和通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)壓和風(fēng)量則利用風(fēng)壓變送器及風(fēng)壓傳感器等檢測。檢測機(jī)電設(shè)備振動強(qiáng)度則利用振動傳感器 GBC1000 來實(shí)現(xiàn)，掘進(jìn)機(jī)切割傾角及采煤機(jī)傾角的檢測則利用傾角傳感器實(shí)現(xiàn)，檢測各系統(tǒng)瓦斯?jié)舛葎t利用瓦斯傳感器實(shí)施檢測。在機(jī)電設(shè)備離核心部位最近點(diǎn)及振動敏感點(diǎn)處安裝傳感器，供電電源應(yīng)均為獨(dú)立供電。采集檢測信號采用 S7-200SMAＲTPLC，讀入內(nèi)部數(shù)據(jù)，高速通信則通過感知層和 PPI 電纜進(jìn)行，以控制各變送器和傳感器。

 

( 二) 物聯(lián)網(wǎng)及其傳輸層

        物聯(lián)網(wǎng)主要是利用紅外線感應(yīng)、激光掃描和外界事物定位等技術(shù)，則主要是利用信息感應(yīng)器來實(shí)現(xiàn)激光掃描及定位、感應(yīng)等功能?；ヂ?lián)網(wǎng)則是利用接入技術(shù)同其他事物建立聯(lián)系，進(jìn)而形成新連接方式，以控制信息和鏈接事物，并實(shí)行全面覆蓋，工作人員則可利用物聯(lián)網(wǎng)對各相關(guān)子系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，不僅能夠提高控制的效率，還能降低控制工作量，節(jié)約成本。物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)在礦山機(jī)電設(shè)備監(jiān)管中的應(yīng)用，則需要相關(guān)的技術(shù)及資金來支持。由于礦山機(jī)電設(shè)備復(fù)雜且龐大，其對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的要求也相應(yīng)提高。在構(gòu)建礦山機(jī)電設(shè)備協(xié)同控制系統(tǒng)時，物聯(lián)網(wǎng)傳輸層的核心為以太網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架是以 WIFI 和 GPＲS定位系統(tǒng)為依托的網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)。利用通訊管理軟件、調(diào)制調(diào)節(jié)器及連線等將網(wǎng)絡(luò)同 PLC 相連接。內(nèi)部數(shù)據(jù)主要利用 PLC發(fā)送至調(diào)制調(diào)節(jié)器，接收到信息數(shù)據(jù)后調(diào)制調(diào)節(jié)器再將其轉(zhuǎn)為GPＲS 數(shù)據(jù)包，而后再將其轉(zhuǎn)至網(wǎng)絡(luò)共享中心，最終發(fā)送到 SC服務(wù)器，SC 服務(wù)器接收到數(shù)據(jù)后又利用 GPＲS、WIFI 及以太網(wǎng)發(fā)送到應(yīng)用上位機(jī)。

 

        物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中交換機(jī)同應(yīng)用層服務(wù)器相連接，機(jī)電設(shè)備數(shù)據(jù)采集的感知層則利用 OPC 接口來實(shí)現(xiàn)。上位機(jī)利用組態(tài)軟件對應(yīng)用層進(jìn)行劃分，分別為預(yù)測控制、存儲數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)三部分。數(shù)據(jù)的管理和存儲則利用 SQL-SEＲVEＲ 來實(shí)現(xiàn)，深度分析數(shù)據(jù)則利用 Matlab 技術(shù)，利用 LABVIEW 構(gòu)建資源調(diào)度、GUI、底層平臺及通信的統(tǒng)一控制平臺。按照機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀況構(gòu)建其運(yùn)行模式庫，通過此模式庫來預(yù)測設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和優(yōu)化控制方案。利用上位機(jī)接收數(shù)據(jù)峰值、峭度及有效值等為運(yùn)行模式庫特征參數(shù)，并按照實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)設(shè)定能耗，并對其工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時調(diào)整，確保機(jī)電設(shè)備在能耗范圍內(nèi)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而提高機(jī)電設(shè)備運(yùn)行效率，降低其運(yùn)行能耗。總之，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和數(shù)據(jù)檢測融合系統(tǒng)是有效提高礦山機(jī)電設(shè)備運(yùn)行效率和降低其能耗的重要手段，通過其構(gòu)建礦山機(jī)電設(shè)備協(xié)同控制系統(tǒng)對礦山機(jī)電設(shè)備運(yùn)行效率能夠?qū)崟r優(yōu)化和調(diào)整，以使其運(yùn)行耗能處于最低狀態(tài)，進(jìn)而有效地控制了其總耗能量。