矿山大型机电设备协同控制技术研究

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1、矿山大型机电设备协同控制技术研究贾云胜霍州煤电集团悦昌项目部摘要：随着矿山机械化程度的提高，矿山机电设备的配置水平决定了矿山的开采工艺，而机电设备的能量耗散程度是影响设备工作效率的重要因素。以某煤矿为例，根据资料得出矿山大型机电设备的耗电量，分析影响各设备能耗因素。为提高矿山机电设备的协同控制，优化协同方式，降低煤矿生产能耗，详细推导机电设备能耗公式，采用理论方法优化设备工作效率，通过与物联网系统结合提高矿山生产效率。关键词：矿山机电设备;协同控制;设备能耗;作者简介：贾云胜（1972-），男，机电工程师，毕业于太原

2、理工大学采矿工程专业，现任霍州煤电集团悦昌项目部机电矿长，主要从事煤矿机电技术管理工作。收稿日期：2017-07-12Received：2017-07-120引言中国是煤炭资源大国，约占世界总产量的40%,但是在如此高产量的同时能耗也巨大。近年来，随着国民对环境优化的渴望，政府加人了对矿山企业的整治力度，明确提出节能减排的目标，需要降低矿山机电设备的耗能，优化矿山设备协同方式。目前矿山实现节能的主耍方式是对机电设备的高效协同控制，进行模型预测、节能评估、矿井改造。通过对矿井系统的模拟仿真，提出对矿山设备电能的消耗方案

3、。如采用电压较高的矿山新型设备提高能源效率，降低能耗;与通风系统相结合制定相关的节能措施;优化矿山设备配置，减少矿山成本的投入，提高项目的安全性;研究机电设备的工作原理，提高设备工作效率;研究多种设备的协同合作方式，提高设备效率的协同技术，在减少成本的情况下实现矿山的高效开采;分析矿山能源结构及消费模式，与绿色环保的理念相结合构建具有煤矿特色的节能环保模式[1-2]o上述研究对象多数是针对矿山单一牛产设备或单一系统，多未从整个矿山大型机电设备一体化节能的角度进行综合研究。因此研究矿山大型机电设备的协同控制是解决这一难

4、题的关键。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大子系统屮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

5、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。该煤矿各子系统年耗电比例如图1所示。运输系统压风系数提升系统米掘系统排水系统通风系统图1矿山6大子系统年耗电比例下载原图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、设备木身性能、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[3-5],

6、针对某矿生产设备单…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矿山大型机电设备能耗分析从煤矿生产工艺与生产实际出发，矿山6大子系统屮的设备处于并联工作方式,即这些设备一直处于“流水线式”工作状态。将各系统要求的总流量耳作为该系统的总负荷量，根据设备实际能耗与实际工作效率之比等于总能耗，则设备总能耗P为：ehi%(£门h)ejdj}式中:P为设备总能耗；k为系统能耗系数;hi为设备垂直高度；ni为设备工作效率函数;ei(i

7、=l,2,,n)为系统中n台大型机电设备各承担负荷量;山为设备运输水平距离；lt为设备自身机械损耗能量。假设整个矿山系统共有m台大型机电设备处于工作运行状态，则表征矿山所有大型机电设备总体能耗的能量函数匕为：mVj,

8、优效率。整体最优能耗P祸为:Phst=5k丫讪31加q也®)lc_1m根据推导得出的公式可知:在矿山设备工作时，通过对设备的人工干预使设备处于最佳工作状态，即最佳负载荷状态，方能实现煤矿节能的目标。在矿山实际生产过程屮，由于系统结构的复杂性，对矿山机电设备最佳负荷的控制是一大难题。本文采用最佳平方逼近方法求解系统最优效率的逼近函数，使得机电设备