(山西兰花科技创业股份有限公司唐安煤矿分公司 山西高平 048407)
摘要：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。
关键词：煤矿大型机电设备；协同控制；节能技术
引言
一直以来煤炭都是我国主要的资源类型，而且在目前我国经济快速发展的形势下其需求量也在不断增长。煤矿企业为了满足上述发展需求，在各项科学技术的推动下也将越来越多和更加先进的机械设备应用于开采作业中，且目前针对节能技术的应用以及节能效果更加重视。为了满足上述要求，在目前的煤矿企业中通常在各类大型机电设备中应用协同控制技术，实现能源消耗的减少。
1矿山生产系统及设备类型及其能耗影响因素
由于矿山生产系统的复杂性，各生产系统使用的设备种类及型号繁多，各系统中大型机电设备运行的原理和其能耗都不相同。根据矿山的生产工艺，矿山生产过程有6大子系统：包括采掘系统、运输系统、提升系统、压风系统、排水系统、通风系统。在矿山生产过程中，应根据矿山服务年限及开采工艺，选用合理的机电设备类型。以某矿为例，矿山6大子系统中采掘系统耗电量占总耗电量的1/4；运输系统主要设备为带式输送机和无轨胶轮车；排水系统采用离心式水泵，主要承担井下排水、保证安全开采的任务，耗电量较小；提升系统设备主要为提升机，主副井均采用立井提升方式，主井提煤，副井负责物料及人员的提升运输；为保证井下空气的质量，采用机械式通风；压风系统根据相应实际情况，将空气压缩机布置在地面压风机房。运输系统、压风系统与提升系统设备耗电比例大致相同。煤矿生产系统设备繁多，环境复杂，影响这些机电设备工作效率的因素众多，其中井下复杂的环境、设备本身性能、生产管理水平以及矿山相关技术的发展都是重要的影响因素。针对某矿生产设备单一化的问题，对机电大型设备进行能耗分析，研究各生产设备间的协作方式，对设备管理、运行方案进行优化，引进矿山先进的大型设备，提高设备工作效率。
2煤矿大型机电设备协同控制节能技术
2.1监测设备
在目前矿井开采深度不断增加的趋势下，也使得监测设备布置环境更加复杂与恶劣，而为了满足不同设备不断提高的监测要求，则需要此生产系统中的监测传感器等满足线性度、灵敏度、分辨率等要求。而且在目前的节能导向下，则需要应用上述设备的协同技术来进行设计，保证上述监测传感器设备对设备的工作强度和速度、液压系统的压力和温度、用电设备的工作电压和功率、物料的重量、本系统每生产一吨煤炭所需要的电量等参数进行监测。
2.2煤矿子系统之间的异构网络通信
由于煤矿生产系统较为复杂，因此在系统中选用了无线网络、Wi－Fi、DPRS等不同种类的网络，其覆盖范围大小、信号传输机制、数据传输速率等各有不同，导致了煤矿信息网络的异构性;根据多元异构网络特点，在多元网络融合时应遵循以下原则:①安全性:该多元网络不仅要能够抵抗煤矿恶劣环境的干扰，还要能够抵抗外部网络的攻击;②多样性:由于网络的使用的多元化，煤矿综合生产系统中的网络需要同时能够支持煤矿生产系统中不同网络之间的通信;③低冗余性:同时融合不同种类网络通信，降低网络间通信数据的冗余。
根据多元化网络融合时需要遵循的原则，煤矿多元化网络通信架构建立如下:煤矿多元化网络通信完成前，需要对不同网络进行网络地址搜寻、通信协议转换、数据格式统一处理;该系统采用ARM920T系列微处理器S3C2440作为多元异构网络通信系统总控制芯片，在巷道中的无线控制模块采用CC2530的ZiGBee协调模块建立无线通信链路。系统中无线控制模块采用CC2530的ZiGBee协调模块能够通过MSP430F149处理器对信号数据进行处理，在经过信息转换实现与上层设备进行无障碍通信;Wi－Fi网络采用IEEE802．IL通信协议，煤矿采用的大型机电设备可以通过AP接入点加入Wi－Fi网络;上层以太网接口不仅连接了串口可以转换为以太网模块，还能够连接融合网关和工业以太网，接受来自煤矿井下的传感器信号，并将采集的传感器信号上传到煤矿综合生产监控中心，最后通过GUI进行实时显示监测数据并生成数据表格。
2.3基于OneNET云平台的煤矿设备协同控制技术
OneNET云平台是基于物联网搭建的网络开放平台，该平台的设备的接入与设备连接较为简单，因此被广泛采用;煤矿系统结合自身特点采用OneNET云平台实现信息的采集、传输与处理;在煤矿系统中OneNET云平台选择EDP连接请求，并根据该请求的登录方式添加煤矿机电设备的相关属性;在节能为导向的大型煤矿机电设备协同控制技术研究项目下添加新增设备的相关属性，并获得项目ID、设备ID及api－key，然后由大型机电设备上的无线传感器发送TCP链接请求到相关地址;OneNET云平台基于EDP、TCP传输协议，保证数据包准确传输;在煤矿大型机电设备协同控制系统中你那个数据共享方式是上层总控制端模块接受数据后，按照煤矿数据共享协议细化，然后对数据进行分类，实现数据信息的标准化，根据子系统的需求进行数据交换。
2.4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。
结语
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。
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