機電一體化技術在礦山機械中應用
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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工程的應用方案。經過與傳統方法的對比實驗，得到最終優化的治理方案。
［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有計算機網絡技術、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代礦山機械智能化、信息化、數字化綜合性控制方式。礦山機械機電一體化是現代礦山機械發展的必然趨勢，也是現代礦山機械設備發展的必經之路。礦山機械自動化控制網絡的建立與發展，對于礦山企業的發展具有十分重要的意義［1］。隨著礦山機械工程控制網絡的建立和發展，礦山機械機電一體化建設已成為實現機電一體化的必要條件。礦山機械自動化控制網絡的建立和發展，使礦山機械機電一體化工程建設成為實現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，但已成為現代礦產開采中的關鍵技術。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、傳感器監測、機電集成驅動進行了分析，并將協同應用于礦山綜合生產采掘系統，比較了礦山大型機電設備協同控制技術優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工程要求為基礎，與傳統開采設備方法進行數據對比，并對礦山機械系統工程開采設備進行系統優化。通過對生產數值和富余參數影響因素的確定，形成礦山機械的優選模式，保證機械設備的作業質量?；跈C電一體化技術的礦山機械自動生產線設計，具體用途模式主要是在礦山系統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
在礦石綜合生產中，要實現采掘、提升、運輸等各種功能，就要在整個礦石綜合生產中具體量化驅動任務。驅動任務對于礦石綜合生產的重要性是以系統任務完成效率與效果來衡量。傳統驅動器系統應用在電機、電氣等形式，而機電集成操作系統通過不同命令的適當操作保證機械工程合理運行，實現系統的價值，對信息安全和實際環境變化作出了相應要求。可以根據數據庫中的數據保證操作機械臂運行的連續性和時效性。在需要及時更新設備狀態時，依靠地質條件和采礦生產等內容數據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，需要依靠工業減速器穩定的牽引特性傳遞力矩，在速度進行作業時降速，保持能源穩定運行，再通過執行器的力臂牽制發電。可以通過機電一體化技術一邊為電機上其他系統比對數據傳遞信號，一邊為動力系統轉換提供能量，一邊克服阻力加速電網供應［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定。第四個核心部件是執行器。執行器部件設計復雜，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。執行器驅動可以保障礦山機械在斜坡上穩定運行［4］。需注意機電系統運行參數數據的準確性，因此即使是再小的單元出現故障，也會影響系統的正常運行。
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據，要通過訪問數據庫，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進行可靠性監測，利用最大工作壓力和最高工作速率完成一系列參數信息工作，錄入及時可靠的數據信息，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。礦山綜合生產系統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的強度。傳感器設備被應用于礦石綜合生產的各個階段，包括生產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：煤礦綜合生產系統中主要耗能設備：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據采集。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的功能。惡劣條件下礦山作業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據采集，使用CZ400型電機轉速測量儀對整個系統中大型機電設備電機轉速進行數據采集。載重傳感器選型：煤礦綜合生產系統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傳感器監測流程。要實現實時可靠的監控化、智能化協作能力，就必須制定一套完善可靠的傳感器監測方案。礦山物聯網感知傳感器監測流程如圖2所示?；谖锫摼W下的傳感器監測，可以及時更新數據。通過傳感器數據對礦山企業的綜合生產系統進行智能化數據處理以及定位監測，確保傳感器在線性、靈敏度上達到參考數值。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據通過傳感器模擬量接口讀入內部數據區，經轉化后的數據通過調用功能發送到調制解調器。調制解調器接收到確認信息后，把它轉發給S7200型號監管系統，通過調制解調器的處理將接收到的實時數據轉為GPS數據包格式，經由GPS服務轉發到礦山綜合生產監控系統上位機進行管理。通過WDRECEIV功能快速接收信息并確認，緊接著又通過WDSEND功能快速發送到綜合生產監控系統，傳輸完成的信息轉換給上位機。各子系統大型機電設備都遵守該規則進行工作，應用節能導向的動態優先級礦山大型機電設備協同控制技術。不同類型的環境、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，則自動聯網程序正常運行。若出現故障，則直接轉入人工處理，以確保各環節的定位監測都能正常進行。
2實驗
若要實現機電一體化技術在礦山機械工程的應用優化，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中富余系數和生產數值的持續增長。本次研究利用機電一體化技術對礦山開采實施智能化數據處理，并與傳統的開采礦石模式進行數據對比，最后對實驗結果加以分析得出結論。
2.1實驗準備
己知某礦山企業的綜合生產系統中配備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。現加入集成壓力技術進行驅動，經計算此時該礦山企業綜合生產系統中各子系統的采掘系統標準噸煤能耗為282kW。現在設定礦山機械綜合生產中總任務數量不超過100臺，經計算此時該礦山企業綜合生產系統中各子系統的標準噸煤能耗綜合生產任務數量上限為200t，對任務調度期間的噸煤能耗數據與煤炭生產量數據進行處理，并將處理后的數據作為實驗樣本數據。
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的綜合比對數據，來實現實時的生產能力數據精度問題的分析，如表1所示。從表1可以得出，相較于傳統的礦山采集模式，優化后的設備在生產數值和富余系數都有了穩定提升，優化后的開采設備與傳統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。在富余系數上也有了穩定的提高，傳統的富余系數在2.86～9.71之間波動，而優化后的富余系數也基本上保持了一倍的增長，并且能夠滿足礦山機械生產工作的基本要求。但還需注意，若提升后的裝備速率大于運輸速率，那么礦產資源滯留波動會逐漸下滑。通過合理利用優化，機電一體化的礦山機械工程應用達到最大效率提升，設備的生產取得良好的效益，且富余系數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化。通過實驗數據表明，本文所給出的優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生產的設計需要。
3結束語
本研究中通過與傳統開采的數據進行對比，結合礦山工程的設備條件應用實踐，準確反映了優化后礦山機械工程運行質量的穩定提升，提高方法的適用優化率，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:中鐵十九局礦業公司
