浅析机电一体化技术在煤矿的应用

　　机电一体化（Mechatronics）这个名词起源于日本。日本《机械设计》杂志1984年增刊文章中指出：机电一体化就是利用微电子技术，最大限度地发挥机械能力的一种技术。日本机械振兴协会经济研究所1981年3月的解释是：机电一体化乃是机械的主要功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置相关软件有机结合而构成系统的总称。概括地讲：机电一体化是机械工程学与电子学在机械产品设计开发中的有机结合，是微电子技术和信息处理技术最大限度地融入机械本体的结果。由于微电子技术的迅速发展和应用，产生了第三次技术革命，出现了一系列具有各种优异功能的技术和产品，使机电设备的面貌一新。国内外大量实践证明：发展机电一体化，是开发新产品、改造老设备行之有效的技术措施。
　　机电一体化技术就是机械、计算机、信息处理和自动控制技术综合运用的复合技术。机电一体化技术顺应了当今科学技术发展的规律，显示了强大的生命力。由于煤炭生产是将数百、数千万吨煤炭从地层深处采掘、运送到地面，因此需采用大量的机电设备才能实现这一目标，而采用机电一体化产品则是实现高产高效的最好选择。机电一体化将机械与电子技术融为一体，使物流、能流、信息流融为一体。近年来，随着微电子技术、计算机技术、软件技术、传感器技术和自动化技术的飞快发展，信息流成为机电一体化的主要特色。其产品实现自动化、数字化、智能化，在性能和功能方面均实现了质的飞跃。例如，英国、日本、美国和我国煤机厂生产的电牵引采煤机，都装备了以计算机为核心的控制和工况检测与故障诊断系统。它是由安装在采煤机上的计算机，配合多种传感器，对采煤机的运行工况及参数进行采集、处理、显示、存贮和运输，提供操作指导或控制采煤机作出相应的处理，并对电机、轴承等部件进行故障自动诊断。这不仅大大提高了采煤机的开机率，而且可以保证设备在最佳状态下工作。液压支架则向电液控制方向发展，将计算机技术与液压控制有机结合，实现定压双向邻架或成组自动移架，避免对顶板和支架产生冲击载荷。我国神华集团大柳塔矿采用从德国和美国引进的电液控制的支架，移架速度为68s架，最快的移架速度达3s架。电液控制装置还可检测支架的工作状态。此外，引进的工作面供电设备采用了微机控制技术，实现故障查寻、闭锁、先导保护和控制功能，也是一种典型的机电一体化产品。
　　煤矿运输设备的机电一体化进程也十分迅速。由于带式输送机已成为我国煤流运输的主要设备，因此，近几年来带式输送机的机电一体化成为重点研究对象，并取得可喜的成绩。引进的电液控制软启动（CST技术），在机电一体化技术的应用方面达到很高水平。它利用计算机与液压技术相结合，不仅具有良好的启动、停车、调速和功率平衡等功能，而且能检测设备各部分的工况，对不正常状态进行保护，显示故障类型，该设备在大柳塔矿应用效果良好。我国研制成功的钢丝绳带式输送机全数字控制系统，具有完善的保护和自诊功能，已有十余套在全国高产高效矿井中应用，良好的性能受到用户的欢迎。带式输送机配合传感器形成完整的带式输送机自动化装置，其中KJ421型带式输送机控制装置还具有显示和通信功能，在兖州兴隆庄矿实现了地面远程集中控制井下胶带机运输。该系统投入使用后，减少了33名岗位工，带式输送机运力从1000th提高到1200th，取得了良好的经济效益和社会效益。矿井提升机是实现机电一体化较好的矿山大型设备，全数字化，交、直流提升机。尤其是内装式提升机，从结构上将滚筒和驱动合为一个整体，机械结够大大简化，是典型的机电一体化设备，充分体现了机械电力电子计算机自动控制的综合体。全数字提升机高度可靠，具有可重复性故障寻址、完整的诊断设施和自诊断功能，以及简单而快速的通信功能；采用总线方式，大大简化电气安装；硬件配置简单，互相兼容，零备件少；可以方便地实现软启动、软件控制和改变瞬间加速度。九五期间，国产全数字化直流提升机已成为煤矿提升机的首选机型。我国研制成功的具有自主知识产权的全数字化直流提升机，其核心部分ASCS是由双CPU构成的计算机系统。此外，我国还应用SIMADYND和S7研制成功了第一台交交变频器供电的交流提升机。该系统2000年11月在焦作古汉山矿投入运行，情况良好。由于采用了计算机技术，提升机的安全保护系统更为完善。其特点是：采用两台计算机装置，每台都有自己独立的测量、传感装置和数据处理系统。它们同步工作，互相检测，互为备用，对提升行程实现直接测量和间接测量容器位置相结合的方式，对两者进行比较、校正，实现行程自动控制。由于采用了计算机对安全回路、制动回路、电源和驱动回路进行实时检测，实现故障记忆，因此提升机安全性能大大提高。
　　此外，机器人也是一种典型的机电一体化产品。世界各国都十分重视煤矿机器人的研究，例如美国、英国研究的无人工作面，其设备操控均实现机器人化；日本研究的带式输送机巡检机器人，我国研究的喷浆机器人和机器人化自动钻机等等，都是先进的研究成果。由于煤矿工作环境恶劣、自然条件复杂，上述煤矿机器人达到实用阶段，还需要做许多工作。尽管如此，煤矿机器人仍然是煤矿机电一体化技术今后研究的重点之一。
　　机电一体化产品是综合各项高新技术于一体的复杂产品，而其主要支撑技术：微电子、计算机、自动控制、人工智能、传感产品可靠性等等，都是当今迅速发展的学科。