机电一体化技术在煤矿中具体应用.pdf

185 ELECTRONICS WORLD・技术交流 效111项、有效207项。在当前有效的207项专利文件中，上述 申请量前12位的申请人共有64项，占比约30.91，与其申请 量占比基本持平；此外，上述申请量前12位的申请人所拥有 的64项专利中，有30项被其他专利申请所引用，下文将重点 分析被引用量超过4的几篇重点专利。 2.1 CN101908883A 其申请人为中国科学院，其公开了一种可编程小数分 频器，包括分频器，用于根据模选择信号选择1分频工作 模式或者选择1.5分频工作模式；异步计数器，由多个除2或 除3单元串接构成，用于根据各个除2或除3单元的控制信号 P0、P1、...、Pn-1产生不同的分频数N，n和N均为整数； 控制逻辑电路，用于接收异步计数器各串接除2或除3单元 的输出信号以及mod信号，用以产生控制分频器工作的模 选择信号，使得该分频器在一个完整的输出信号周期内， N0.5分频模式比N分频模式多出半个时钟周期。本发 明提供的可编程小数分频器，在一个完整的输出信号周期 内，N0.5分频模式比N分频模式多出半个时钟周期，并 且，除了可以进行N分频和N0.5分频外，还可以对N值进 行可编程设定。 2.2 CN103929173A 其申请人为华为技术有限公司，其公开了一种分频器， 该分频器包括移位寄存器单元和输出频率合成单元；移位寄 存器单元包括循环级联的多个基本单元；每级基本单元包 括2N个串联的D触发器和一个多路选通器，2N个串联的D触发器的输出 分别接入多路选通器，多路选通器输出与下级基本单元输入相连接；除 每级基本单元信号输入端的第一个D触发器之外的其余2N-1个D触发器 接入的时钟信号比第一个D触发器接入的时钟信号相位滞后M/2时钟周 期；下级基本单元的第一个D触发器接入的时钟信号比前一级基本单元 中2N-1个D触发器接入的时钟信号相位滞后3/4个时钟周期；输出频率 合成单元将每级基本单元第一个D触发器的输出信号叠加生成分频输出 信号。 2.3 CN102959866A 其申请人为高通股份有限公司，其公开了一种分频器，并行路径分 频器PPFD包括低功率分频器和高速锁存器。其将所述PPFD的输入节点 上呈现的振荡输入信号的第一部分传输给所述分频器，并且将第二部分 传输给所述锁存器。所述分频器产生分频使能信号，将该分频使能信号 传输给所述锁存器。所述锁存器基于所述振荡输入信号和所述使能信号 来产生降频输出信号。只要使能信号上的相位噪声小于振荡输入信号的 振荡周期的一半，输出信号就对使能信号上呈现的相位噪声不敏感。因 为低功率分频器所产生的噪声没有传播给PPFD所产生的输出信号，所以 PPFD以相对较低功耗产生低噪声的分频信号。 3 结束语 本文梳理并分析了分频器技术的国内申请的申请趋势、重点申请 人、以及重专利。通过上述分析能够直接、客观地体现该领域技术发展 趋势，从而为企业在该领域的研究和发展提供参考。 煤矿的安全、高效生产离不开高性 能的开采设备，机电一体化技术的应用 可以有效降低作业人员的劳动强度、保 证作业人员的安全。本文对煤矿机电一 体化技术进行论述，并对煤矿机电一体 化技术的应用和发展趋势进行探讨。 煤炭在我国的能源结构中还占据着很 大的比例，对促进经济发展和保证能源安 全发挥着重要作用，最近一些年对煤炭的 需求量还保持增长状态，煤矿生产效率的 提升离不开一体化的机电技术，对提升生 产效率、降低劳动强度和保证安全生产等 方面有着积极的作用。采煤机已经从原来 的液压牵引转变为电牵引方式，液压支架 的微机控制技术、故障诊断技术等都已经 应用到机械设备中，煤矿设备的机电一体 化技术已经取得很大的进展，但与世界先 进的采煤设备还存在着一定的差距，需要 加强对采煤机械设备一体化技术的研发， 更好地为我国煤矿生产服务。 1 煤矿机电一体化技术 煤矿机电一体化技术，是将电气、 液压和机械技术进行结合，进一步提高煤矿开采设备自动 化程度，便于工作人员的操作和后期维护，还要求煤矿机 械设备具备可靠性、安全性，有着很长的使用寿命。将微 处理器控制技术作为核心，采取电、液、气配合的方式来 控制执行机构运行，再配合传感技术将执行机构运行情况 反馈给控制器。通过故障检测程序监测机械设备的运行状 态，具备故障自我诊断功能，对异常的运行情况进行报 警，通过单片机、PLC等作为核心控制部位，结合变频控 制技术、电控液技术等来提高煤矿开采设备的性能，满足煤 矿生产的多种工况要求。 2 煤矿机电一体化技术的应用 2.1 安全生产监控系统 安全生产监控系统最可以体现出机电一体化水平，国内 对煤矿安全生产监控研发起步较晚，在上世纪八十年代就已 经对国外的煤矿安全监控技术进行消化和吸收，对推动我国 煤矿安全监控技术发展起到了很好的推动作用。煤矿科研人 员结合我国煤矿企业的实际情况，研发出具备较高技术含量 的KJ95X、KJ90X等监控系统，进一步提升了国内煤矿安全 监控系统的智能化水平，在煤矿生产应用和管理中起到很好 的作用。利用机电一体化技术实现对三相异步电动机、传动 装置、液压控制系统和制动装置等进行在线监测，通过监测 程序来检测设备的运行状态，发现故障及时对工作人员进行 天地（常州）自动化股份有限公司 张智宇 机电一体化技术在煤矿中具体应用 186 ELECTRONICS WORLD・技术交流 报警，通过人机界面提供故障的位置，可以快速地对组织人 员进行维修，使得煤矿设备可以快速恢复运行，也可以减少 工作人员的劳动强度，使煤矿设备可以高效率运行。 2.2 机电一体化技术在带式输送机中的应用 国内开展的煤矿机电一体化重大技术项目，已经使得煤 矿设备自动化性能和智能化性能得到很大的提升，带式输送 机是煤矿生产的重要设备，长距离、大功率的矿井带式输送 机已经得到了很大的突破，已经开发出多种类型的带式输送 机，比如，成套长距离大倾角带式输送机，可伸缩式巷道带 式输送机等，对重要的控制元件和核心元件进行了深入地理 论研究，很多关键部件已经研发成功，利用PLC控制器、变 频器等装置来现实输送机的CST软启动控制，两台皮带运输 机可以通过一台或多台CST来实现控制，实现长距离、大运 量的控制，也可以对输送机进行良好的制动控制，将行星齿 轮减速器、液力耦合器等先进的设备应用到皮带输送机中， 使得输送机具备良好的控制性能和动力性能。 2.3 采煤机机电一体化技术应用 电牵引式采煤机技术已经取得了很大的突破，与原来煤 矿生产采用的液压采煤机进行对比来看，有着更充足的牵引 力，如果采煤机在制动工况下，可以将能量转变为再次应用 电能，起到很好的节能降耗效果。如果在大倾角煤层牵引工 况下，可以保证设备以很好的效率运行，不会产生很大的磨 损，有着很好的安全性、可靠性，维修保养工作量比较小， 动态特性比较好，电牵引采煤机的传动机构得以简化，能源 的转化率有着大幅提升。 2.4 提升机中的机电一体化技术应用 煤矿生产自动化水平的提升，可以减少矿业工人的劳动 量，提高煤矿资源的生产率，也可以防止操作人员水平和经 验不足，对生产精度造成影响。比如，薄煤综采设备采用液 压支架电液控制系统，通过控制程序对支架动作进行控制， 保证支架可以在无人操作的情况下运行，操作人员可以采 用远程操作或者自动运行方式。交-直数字化提升机是煤 矿机电一体化典型应用，把驱动装置与滚筒进行结合，采 用了电力电子技术、自动控制技术、通信技术等，总线通 信方式将提升数学信号的传输质量，不再采用传统的继电 器控制，有效地简化了电器元件的数量，有着很高的可靠 性。提升机的硬件具有很好的通用性，通信协议也可以实 现兼容，配置起来更为简单。国内研发的数字化交-直提升 机，控制核心采用双处器方式，可以更好地保证提升机的 运行稳定性和可靠性。 2.5 机电一体化技术在其他煤矿机械中的应用 一些采煤机、综掘机也通过机电一体化技术来提升设 备的可操作性，将控制技术与煤矿开采设备进行结合，利用 微控制器对自动变速箱进行控制，根据生产负荷来调整传动 比，可以将电动机的性能充分发挥出来，有着很好的技术经 济性。操作流程也可以得到合理简化，煤矿生产设备的安全 性能也可以得到保证。煤炭装载系统的机电一体化设计，可以将工作人 员从繁重的劳动中解放出来，只需要操作控制按钮，就可以完成煤炭装 载作业，有效地提高生产效率。煤炭掘进设备是保证煤矿正常开采的基 础条件，掘进机可配置隔爆型控制箱、压扣式控制按钮等构建起电气控 制系统，通过与液压系统配合可以完成多种掘进作业。 3 煤矿机械中机电一体化技术的发展趋势 驱动电机、减速器和执行机构建立起煤矿生产设备的动力系统， 传统的动力传输效率不高，存在着很大的能源浪费，还会占有很大的空 间，系统的可靠性得不到保证。机电一体化技术不是单纯地将电气控制 技术、机械技术进行简单地叠加，需要使多种技术进行高度结合，构建 起最优化的机电系统，每种元素间保持高度的依存关系，才能充分地完 成协作，煤矿机器人将是未来机电一体化的发展方向。 3.1 掘进机器人 为了加快煤矿巷道掘进速度，需要采用高度智能化的掘进机器人， 可实现巷道的掘进工作，完成煤炭资源采掘，喷雾灭尘、装载运输等工 作，具备先进性能的掘进机械器可配置煤层掘进测控系统，有效地提升 了煤矿巷道掘进效率，煤矿开采效率得到大幅提升，可满足对煤矿高效 开采的需求。 3.2 支护机器人 煤矿综采工作面对安全生产起到重要作用，支护设备可以对煤层顶 板掉落的煤岩进行阻挡与支撑，避免大量的落煤进入到采煤空间，更好 地保证采煤区域工作人员的和设备的安全。当前，煤矿生产多采用锚杆 支护和液压支架两种支护方式，液压支护技术应用得最为普遍，液压支 护机器人可以按着综采工作面的实际情况进行调节，保证液压支架可以 稳定地向前推进，顶板部位还设置有压力检测系统，通过顶板压力情况 来实现自适应控制，从而提高液压支架可靠性。 3.3 采煤机器人 采煤机器人可以配合掘进设备完成装煤、落煤作业，采煤机器人 通过控制系统发出指令实现换向操作和姿态调整，具备运行故障诊断功 能，并对采煤情况进行显示，可以更好地满足当前智能化采煤的需要。 3.4 救护机器人 该种类型的机器人可以监测到矿井被困人员的健康情况，确定被困 的具体位置，监测可燃气体的密度等信息，通过视觉系统对矿井的障碍 物进行观测，可以在矿井巷道中自由移动，对障碍物进行避让。自动呼 叫没有撤离人员，指导受困人员可以有效撤离。将获取到的图像输入到 计算机系统，把图像信息传送到主控制台，可以让机器人自由移动。 4 结束语 综上所述，随着机电技术的不断进步，煤矿开采技术也得到了快速 发展，将机电一体化技术与煤矿生产设备等进行结合，可以在保证作业 人员安全的前提下，进一步提升煤炭开采效率，推动煤炭企业走向持续 健康发展道路。