煤炭開(kāi)采過(guò)程中耗能較大，同我國節能減排的目標要求相悖。盡管煤炭節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)難以根本轉型的重要難點(diǎn) ［1］ 。當前，協(xié)同控制煤炭設備成為國內外礦山設備節能的重要實(shí)現途徑。許多實(shí)踐證明對礦山大型機電設備實(shí)施協(xié)同控制能夠有效降低其運行耗能，進(jìn)而實(shí)現煤炭運行的節能目標。本文從礦山大型機電設備的類(lèi)別入手來(lái)分析其機電設備協(xié)同控制系統的設計。

 

一、礦山大型機電設備的類(lèi)別及其耗能影響

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

 

        礦山的生產(chǎn)系統及環(huán)境都非常復雜，大型機電設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、設備及自然環(huán)境、科技發(fā)展及應用程度。要實(shí)現礦山機電設備低耗能，必須從技術(shù)因素和管理方案等方面進(jìn)行協(xié)調控制，使其工作處于流水線(xiàn)式狀態(tài)。對礦山設備實(shí)際能耗、實(shí)際工作效率、設備自身耗能及總耗能量、礦山系統總負荷、總體效率值進(jìn)行計算，在總負荷量一定的狀況下確保每臺設備都在最佳負荷量狀態(tài)下工作，進(jìn)而達到節能。礦山系統的結構龐雜，協(xié)同工作會(huì )受到各種因素影響，生產(chǎn)過(guò)程中很難做到各個(gè)系統內機電設備全部處于最佳的效率點(diǎn) ［3］ 。因此，應利用最佳平方逼近法對系統最優(yōu)效率進(jìn)行計算，求出其逼近函數，進(jìn)而計算出機電設備實(shí)際工作效率的最佳理想值，并求出設備耗能。

 

二、協(xié)調控制系統的設計

        礦山大型機電設備協(xié)同控制系統的構建，需要利用數據融合和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，進(jìn)行遠程協(xié)同控制。

 

( 一) 數據檢測及融合

        此系統中，物聯(lián)網(wǎng)感知層中檢測提升機、掘進(jìn)機和采煤機油壓油箱的為 SC316LB油壓變送器，帶式輸送機、高速軸、掘進(jìn)機油箱、采煤機油箱、空壓機控制箱面板等溫度則利用一體化溫度變送器進(jìn)行檢測，提升機及水泵電動(dòng)機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。檢測輸送機滾筒轉速則利用速度傳感器 GSG-4 來(lái)實(shí)現。掘進(jìn)機、帶式輸送機及刮板輸送機的物料裝運質(zhì)量則由稱(chēng)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)系統和通風(fēng)系統的風(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。檢測機電設備振動(dòng)強度則利用振動(dòng)傳感器 GBC1000 來(lái)實(shí)現，掘進(jìn)機切割傾角及采煤機傾角的檢測則利用傾角傳感器實(shí)現，檢測各系統瓦斯濃度則利用瓦斯傳感器實(shí)施檢測。在機電設備離核心部位最近點(diǎn)及振動(dòng)敏感點(diǎn)處安裝傳感器，供電電源應均為獨立供電。采集檢測信號采用 S7-200SMAＲTPLC，讀入內部數據，高速通信則通過(guò)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(xiàn)感應、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器來(lái)實(shí)現激光掃描及定位、感應等功能?；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)子系統進(jìn)行協(xié)調控制，不僅能夠提高控制的效率，還能降低控制工作量，節約成本。物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)在礦山機電設備監管中的應用，則需要相關(guān)的技術(shù)及資金來(lái)支持。由于礦山機電設備復雜且龐大，其對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的要求也相應提高。在構建礦山機電設備協(xié)同控制系統時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)傳輸層的核心為以太網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò )構架是以 WIFI 和 GPＲS定位系統為依托的網(wǎng)絡(luò )定位系統。利用通訊管理軟件、調制調節器及連線(xiàn)等將網(wǎng)絡(luò )同 PLC 相連接。內部數據主要利用 PLC發(fā)送至調制調節器，接收到信息數據后調制調節器再將其轉為GPＲS 數據包，而后再將其轉至網(wǎng)絡(luò )共享中心，最終發(fā)送到 SC服務(wù)器，SC 服務(wù)器接收到數據后又利用 GPＲS、WIFI 及以太網(wǎng)發(fā)送到應用上位機。

 

        物聯(lián)網(wǎng)系統中交換機同應用層服務(wù)器相連接，機電設備數據采集的感知層則利用 OPC 接口來(lái)實(shí)現。上位機利用組態(tài)軟件對應用層進(jìn)行劃分，分別為預測控制、存儲數據和分析數據三部分。數據的管理和存儲則利用 SQL-SEＲVEＲ 來(lái)實(shí)現，深度分析數據則利用 Matlab 技術(shù)，利用 LABVIEW 構建資源調度、GUI、底層平臺及通信的統一控制平臺。按照機電設備運行狀況構建其運行模式庫，通過(guò)此模式庫來(lái)預測設備運行狀態(tài)和優(yōu)化控制方案。利用上位機接收數據峰值、峭度及有效值等為運行模式庫特征參數，并按照實(shí)踐經(jīng)驗及統計數據設定能耗，并對其工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)調整，確保機電設備在能耗范圍內正常運轉，進(jìn)而提高機電設備運行效率，降低其運行能耗?？傊?，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和數據檢測融合系統是有效提高礦山機電設備運行效率和降低其能耗的重要手段，通過(guò)其構建礦山機電設備協(xié)同控制系統對礦山機電設備運行效率能夠實(shí)時(shí)優(yōu)化和調整，以使其運行耗能處于最低狀態(tài)，進(jìn)而有效地控制了其總耗能量。