煤炭開采過程中耗能較大，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，但其粗放發展模式至今仍是煤炭企業難以根本轉型的重要難點 ［1］ 。當前，協同控制煤炭設備成為國內外礦山設備節能的重要實現途徑。許多實踐證明對礦山大型機電設備實施協同控制能夠有效降低其運行耗能，進而實現煤炭運行的節能目標。本文從礦山大型機電設備的類別入手來分析其機電設備協同控制系統的設計。

 

一、礦山大型機電設備的類別及其耗能影響

        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、壓風和提升系統、通風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、公路運輸汽車及帶式輸送機;采掘系統機電設備主要是采煤機、掘進機和刮板輸送機;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;通風系統則包括混合式、壓入式及抽出式通風機。

 

        礦山的生產系統及環境都非常復雜，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管理、設備及自然環境、科技發展及應用程度。要實現礦山機電設備低耗能，必須從技術因素和管理方案等方面進行協調控制，使其工作處于流水線式狀態。對礦山設備實際能耗、實際工作效率、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下工作，進而達到節能。礦山系統的結構龐雜，協同工作會受到各種因素影響，生產過程中很難做到各個系統內機電設備全部處于最佳的效率點 ［3］ 。因此，應利用最佳平方逼近法對系統最優效率進行計算，求出其逼近函數，進而計算出機電設備實際工作效率的最佳理想值，并求出設備耗能。

 

二、協調控制系統的設計

        礦山大型機電設備協同控制系統的構建，需要利用數據融合和物聯網技術，進行遠程協同控制。

 

( 一) 數據檢測及融合

        此系統中，物聯網感知層中檢測提升機、掘進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行檢測，提升機及水泵電動機溫度則利用傳感器進行檢測，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 來實現。掘進機、帶式輸送機及刮板輸送機的物料裝運質量則由稱重傳感器(CYB-603S) 進行檢測。檢測礦井用水量則用液位傳感器(CYB-24S)檢測。壓風系統和通風系統的風壓和風量則利用風壓變送器及風壓傳感器等檢測。檢測機電設備振動強度則利用振動傳感器 GBC1000 來實現，掘進機切割傾角及采煤機傾角的檢測則利用傾角傳感器實現，檢測各系統瓦斯濃度則利用瓦斯傳感器實施檢測。在機電設備離核心部位最近點及振動敏感點處安裝傳感器，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，高速通信則通過感知層和 PPI 電纜進行，以控制各變送器和傳感器。

 

( 二) 物聯網及其傳輸層

        物聯網主要是利用紅外線感應、激光掃描和外界事物定位等技術，則主要是利用信息感應器來實現激光掃描及定位、感應等功能?；ヂ摼W則是利用接入技術同其他事物建立聯系，進而形成新連接方式，以控制信息和鏈接事物，并實行全面覆蓋，工作人員則可利用物聯網對各相關子系統進行協調控制，不僅能夠提高控制的效率，還能降低控制工作量，節約成本。物聯網控制技術在礦山機電設備監管中的應用，則需要相關的技術及資金來支持。由于礦山機電設備復雜且龐大，其對物聯網技術的要求也相應提高。在構建礦山機電設備協同控制系統時，物聯網傳輸層的核心為以太網，網絡構架是以 WIFI 和 GPＲS定位系統為依托的網絡定位系統。利用通訊管理軟件、調制調節器及連線等將網絡同 PLC 相連接。內部數據主要利用 PLC發送至調制調節器，接收到信息數據后調制調節器再將其轉為GPＲS 數據包，而后再將其轉至網絡共享中心，最終發送到 SC服務器，SC 服務器接收到數據后又利用 GPＲS、WIFI 及以太網發送到應用上位機。

 

        物聯網系統中交換機同應用層服務器相連接，機電設備數據采集的感知層則利用 OPC 接口來實現。上位機利用組態軟件對應用層進行劃分，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 來實現，深度分析數據則利用 Matlab 技術，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，通過此模式庫來預測設備運行狀態和優化控制方案。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，并按照實踐經驗及統計數據設定能耗，并對其工作狀態進行實時調整，確保機電設備在能耗范圍內正常運轉，進而提高機電設備運行效率，降低其運行能耗?？傊?，利用物聯網技術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，通過其構建礦山機電設備協同控制系統對礦山機電設備運行效率能夠實時優化和調整，以使其運行耗能處于最低狀態，進而有效地控制了其總耗能量。