煤矿大型机电设备协同控制节能技术研究.pdf

当代化工研究 Q Modern Chemical Research ， ，2020 10 技术应用与研究 煤矿大型机电设备协同 控制 节能技术研究 *车玉轩 山西天地王坡煤业有限公司山西048000 摘耍针对煤矿大型机电设备种类多、耗能高餉特点，为达到节能减排的目的，分析了目前煤矿机电设备节能技术存在餉问题，指出了 协同控制系统建立的必要性；阐述了智能化协同控制技术的实现方法、技术架构和基本原理，并建立了基于计算机云平台技术的煤矿大型 机电设备协同控制系统，为煤矿机电设备节能减排的实现提供了理论依据. 关键词煤矿；机电设备；节能；协同控制 中图分类号TD 文献标识码A Research on Cooperative Control and Energy Saving Technology of Large Electromechanical Equipment in Coal Mine Ch e Yuxua n Sh a n xi Tia n d i Wa n gpo Co a l In d ustr y Co ., Ltd ., Sh a n xi, 048000 Abstracts According to the characteristics of coal mine large-scale electromechanical equipment, that is, many types and high energy consumption, in order to achieve the purpose of energy saving and emission reduction, this paper analyzes the existing problems of energy saving technology for coal mine electromechanical equipment, and points out the necessity of establishing cooperative control system. This paper expounds the realization , technical framework and basic principle of intelligent cooperative control technology, and establishes the cooperative control system of large-scale coal mine electromechanical equipment based on computer cloud plat technology, which provides theoretical basis for the realization of energy saving and emission reduction of coal mine electromechanical equipment. Key words coal mine； ； electromechanical equipment energy savings cooperative control 〔弓I言 煤炭工业自采用现代化开采技术以来，一直都是我国的 支柱性能源产业，然而煤炭工业长期以来与高耗能、粗犷性生 产等直接挂钩。近年来随着科学技术的发展，同时为了保护生 态环境和不可再生资源，一些新的绿色能源也得到广泛发展， 如太阳能、风能、水能等。但从能源结构来看，煤炭仍然占比 最高，且在今后相当长一段时间内，仍然保持占比最高的地 位。目前煤矿大都采用机械化综合开采，在生产过程中存在大 量的高耗能机电设备，为响应国家提出的节能环保政策，有必 要对煤矿机电设备的节能技术进行研究。 2.煤矿节能减排的基本概念 煤矿生产的节能减排可通过优化生产工艺和技术、优化 机电设备能耗、优化作业方式和管理制度等几方面来实现。矿 山生产中大型机电设备多、耗能高，可见，优化煤矿机电设备 能耗对实现煤矿的节能减排尤为重要。以往人们主要通过淘汰 高耗能设备来实现煤矿的节能减排，虽然，学者和工程师们在 煤矿节能减排方面做了大量研究，但仍未实现实质性的突破， 目前，电设备节能技术註的问题主要有以下几方面 ⑴耗能设备的分散性 在井下各个生产系统中由于设备型号、生产厂家以及操 作系统的不兼容，导致耗能机电设备无法实现数据共享和集 中控制。以往人们针对该问题开发了一些软件用来实现机电设 备的集中控制，然而这些软件主要是针对瓦斯监控、工作面监 控、排水等单一系统，并没有实现整个生产系统的协调控制。 ⑵耗能因素的多样性 煤矿生产是一个复杂的系统工程，且煤矿作业空间有 限、作业环境复杂多变，也造成了影响机电设备耗能因素的 多样性。如综采工作面采煤机在截割过程中，影响其耗能的 因素有采煤机速度、采煤机倾角和采煤机姿态等。如何在众 多的耗能因素中选取合适的耗能变量，或是建立各耗能变量 之间的关系式，得到新的综合耗能变量，作为实现机电设备 协同控制的参数十分困难。 ⑶数据的同步性 煤矿协同控制系统是通过计算机处理各个子系统的数 据，同时运用特定的算法来实现。数据的同步性和实时性， 直接决定了协同控制的成败。而煤矿生产由于环境复杂，对 传感器、通信线路等影响很大，导致数据感知和传输受到影 响，且计算机系统的传感器监测方案与网络通信方案需由严 密的技术架构来实现数据的同步。 3.煤矿大型机电设备智能化协同控制技术 ⑴煤矿大型机电设备分类 煤矿井下大型机电设备数量众多，为便于分类结合井下 生产作业特点，将煤矿大型机电设备分为移动设备和固定设 备两类。 ① 移动设备。移动设备在作业过程中为满足作业要求需 不断的移动和调整位置，该类设备主要有掘进机、釆煤机、 液压支架等。移动设备位置不断发生变化，对其状态的监测 比较困难，当前，对移动设备常采用红外相机与传感器相结 合的监测方法。 ② 固定设备。固定设备在无特殊情况下不需移动位置， 可服务于煤矿的整个生产期，这些设备主要包括通风机、 提升机、水泵等。由于固定设备的位置不需要随时改变，对 其状态监测也相对简单，主要通过在合适的位置安装传感器 实现。且对传感器的维修和更换也相对方便。 60 技术应用与研究 2020 ・ 10 当代化工研究 Modem Chemiad Remearch 2智能化协同控制技术 ① 传感器感知技术。煤矿大型机电设备协同控制首先需 要采集到各设备的实时数据，传感器便担负着采集数据的重 要任务，是机电协同控制的重要组成部分。传感器可感知机 电设备的运行参数，如速度、倾角、位置、温度和压力等， 并按照内部运算规律将感知参数转换为可输出的信号，从而 实现信息的采集和传输。信号的采集和传输可通过相应的计 算机算法实现。 ② 网络传输技术。传感器所输出的数据需通过网络传输 技术上传到协同控制平台，且将协同控制平台的动作指令下 发到各子系统。网络传输技术可结合有线传输和无线传输， 实现最佳的传输效率和传输可靠性。 ③ 实时定位技术。实时定位技术对于保障井下作业人员 和设备的安全具有重大意义，所以应在机电设备协同控制系 统中应用实时定位技术，实现对井下作业设备和人员的跟踪定 位。实时定位技术可通过安装在设备和人员上无线定位节点实 现信号采集，并通过无线网络传输至定位系统，系统根据已建 立的井下坐标进行计算后，对设备和人员进行可视化定位。 ④ 数据处理技术。数据处理是机电设备协同控制系统 的“大脑”,直接决定协同控制系统的效率。数据处理是对 传输到协同控制系统的数据按照一定的算法进行量化和变 换，去除冗余数据和异常数据，并基于计算机架构实现数据 融合、数据压缩、数据过滤和数据云计算等功能。煤矿大型 机电设备协同控制系统的数据处理技术架构如图1所示。 机电设备协同控制概念图如图2所示。 ⑵煤矿大型机电设备协同控制节能系绽的建立 煤矿大型机电设备协同控制节能系统建立在计算机云平 台技术之上，该系统通过对井下大型机电设备进行分类，并 安装传感器，监测设备的运行状态，对于耗能较大的设备如 采煤机、提升机、空气压缩机等需重点监测。各子系统需监 测的物理量如图3所示。 - 煤矿各子系统所需监测信号录一 ------ 公路汽车 卜T行车速度卜|装运賣量| |gRa |H 压力I 图1数据处理技术架构 图3各系统监测物理量 建立多元异构网络通信架构，将监测到的物理量传输 至基于计算机云平台的煤矿大型机电设备协同控制系统，如 图4所示。计算机云平台通过计算大型机电设备的运行参 数，判断其是否处于高耗能的状态，若设备处于高耗能状 态，则通过云平台下达调整指令，对其运行参数进行优化和 调整，从而达到“低耗能、高效率”的目的。 图4煤矿大型机电设备协同控制系统 4.协同控制节能系统的建立 ⑴ 协同 控制 系绽的基本理论 煤矿大型机电设备协同控制节能技术可通过协同控制 操作系统实现，协同控制操作系统属于多目标并行式调度方 法。该系统将煤矿井下机电设备划分为若干子系统和子任 务，对于一个生产任务，在满足生产目标的前提下，通过协 同控制系统对任务资源进行配置，在短时间内计算出子任务 的优先级顺序，并下发执行命令，使整个生产过程多项任务 合理协同运行，从而降低煤矿大型机电设备能耗。煤矿大型 5.结论 1 针对煤矿大型机电设备种类多、耗能高的特点， 为达到节能减排的目的，分析了目前煤矿机电设备节能技术 存在的问题，指出了协同控制系统建立的必要性。 2 阐述了智能化协同控制技术的实现方法、技术架 构和基本原理，并建立了基于计算机云平台技术的煤矿大型 机电设备协同控制系统，实现了大型机电设备的节能化。 【参考文献】 [1] 段丽芬.变频节能技术在煤矿机电设备中的应用分析[J ]. 中国设备工程,2020 06 243-244. [2] 王罡.分析变频节能技术在煤矿机电设备中餉应用[J ].内 蒙古煤炭经济,2019 18 209213. [3] 杨向阴.煤矿机电变频控制技术与节能分析[J ].能源与节 能, 2019 0952-53. 【作者简介】 车玉轩 1987-,男，山西晋城人，助理工程师，山西天地王 坡煤业有限公司；研究方向煤矿地面大型设备检修及维护管理.