机电一体化应用论文：机电一体化产品在煤矿行业中的应用

《自动化与仪器仪表》2010年第5期（总第151期） 79 收稿日期:2010-07-28 作者简介:程升涛,主要从事电气筹建工作。 机电一体化产品在煤矿行业中的应用 程升涛 (川煤集团芙蓉公司 四川宜宾，644501) 摘 要：近年来，我国煤矿安全事故频繁发生。对于广大煤矿来说，要想预防矿难事故的发生，应该提高煤 矿的整体自动化水平，加大机电一体化产品的应用力度。本文对机电一体化产品在煤矿行业中的应用进行了研究， 希望通过本文的研究为国家规范煤矿做出贡献。 关键词：机电一体化；产品；煤矿行业 Abstract: In recent years, the coal mine accidents frequently happened in china. If the coals want to prevent the occurrence of mine accidents, they should increase the intensity of the application for mechatronic products. In this paper, we study the application of electromechanical integration products in the coal industry. We hope that our research can make contribution for the mine safety management. Key words: Mechatronics ; Products ; Coal industry 中图分类号：TH17 文献标识码：B 文章编号：1001-9227(2010)05-0079-02 0 前 言 近年来在我国煤矿安全事故频繁发生，给煤矿工人 的生命财产安全造成了极大的损失。我国政府加大对各 级煤矿整顿和规范的力度，希望通过严格规范的管理把 矿难事故发生的机率降到最低。对于广大煤矿来说，要想 从根本上预防矿难事故，除了规范管理之外，还应该在煤 矿的生产管理环节中采用先进的技术和设备（特别是机 电一体化产品）。提高煤矿行业的整体自动化水平，减小 和预防煤矿安全事件的发生。本文对机电一体化产品在 煤矿行业中的应用进行了研究，希望通过本文的研究为 国家规范煤矿安全管理做出贡献。 1 机电一体化产品概述 1.1 机电一体化产品定义 机电一体化产品是指采用机电一体化技术，在机械 产品基础上创造出来的新一代机电产品。机电一体化产 品既不同于传统的机械产品，也不同于普通的电子产品， 它是机械系统和微电子系统，特别是与处理器或微机有 机结合，从而赋予新的功能和性能的一种新产品[1]。 1.2 机电一体化产品组成 机电一体化产品由以下六部分组成：机械本体系统、 执行系统、检侧传感系统、信息处理系统、控制系统、动 力源系统[2]。 (1)机械本体系统。机械本体一般用于做其他部件的 基体，它可以把相关部件合理有机的结合在一起，成为完 美的整体机电一体化产品或装置。 (2)执行系统。执行机构是实现机电一体化产品的机 械运动及动力变换和传递的机构。 (3)检测传感系统。传感器是用来感受机电一体化系 统运行过程的状态信息的产品，它起着类似于人的五官的 功能。 (4)信息处理系统。信息处理系统俗称电脑系统，通 常由计算机、微处理器、单片机或PLC组成。它相当于人 脑，是机电一体化产品的核心部件，负责机电一体化产品 所有的信息处理过程。 (5)控制系统。控制系统一般由控制器和被控对象组 成的，它的功能是通过各种方法和手段使被控对象得到理 想控制的过程。 (6)动力源系统。动力源系统向机电一体化产品的各 个功能系统提供能量的供给，驱动机电一体化产品进行各 种运动和完成各种功能。 2 机电一体化产品在煤矿安全监控系统中的应用 2.1 机电一体化产品在煤矿安全监控系统中的国内外应 用现状 煤矿安全监控系统于1990年应用煤矿地安全生产中， 它的功能是对煤矿的工作面和矿井运输、通风、排水、供 电等设备工况参数以及矿井瓦斯浓度等环境参数的自动 化监测和控制[ 3 ]。监控系统是一款典型的机电一体化产 品，它集成了机械技术、电子技术、图像处理技术和计算 机技术等先进的技术。 全矿井煤矿安全监控系统，国外的生产厂家主要有： 美国MSA公司生产的DAN6400系统和德国BEBRO公司的 PROMOS系统等。国外的这些产品具有精度高运行稳定的特 点。但是对于我国来说，国外产品的运行成本较高且系统 维护比较困难，所以国外的监控产品在国内应用比较少。 我国的煤矿安全监控系统是在吸收和消化国外产品 相关技术的基础上自行研制的。1985年以后，我国先后研 制出XI4、KJ66、KJ70、KJ75、KJ80、KJ90、KJ92等不同型号 的监控系统，目前应用在生产一线的安全监控系统大约有 80 30多种，存在着通用性差、兼容性差、智能程度低等问题。 （1）通用性比较差，我国的监控产品大多是针对某一 监控对象(如环境安全、提升运输、设备开停等)开发，而 且各厂家之间缺乏统一标准，设备之间通用性比较差。 （2）兼容性比较差，我国现有监控软件大多为某一监 控目的而开发，若想实现多方面全方位的监控，就需要同 时引进多套系统，而各个系统的生产厂家之间的标准不统 一，这就造成了系统的兼容性和集成性比较差。 2.2 煤矿安全监控系统的发展趋势 随着信息技术和机电一体化技术的不断发展，煤矿 安全监控系统正朝着标准化、智能化、网络化和图形一体 化的方向发展，并从单一监控功能向性能可靠、功能强大 的全矿井综合监控信息系统发展。 未来的煤矿安全监控系统会非常注重客户的个性化 需求，可以根据客户的具体需要为客户量身定做。而且煤 矿安全监控系统未来可以开发出与下层模拟量无关的软 件系统，可以适用于大多数煤矿安全生产。 3 机电一体化产品在煤矿矿难救援中的应用 3.1 机电一体化产品在煤矿矿难救援中的国内外应用现状 机电一体化产品在矿难救援中的应用，主要是探测 机器人和救援机器人，它们可以对煤矿危险区域的相关信 息进行探测及相关的人员救援。 在国外，煤矿机器人的生产厂家主要由美国的 AmineBot公司、加拿大InuKtun公司和日本大阪大学。 AmineBot公司生产的矿山探索者机器人多次被用于探测 事故或者遗弃矿山的危险程度，以减少矿难中的人员及设 备损失。加拿大InuKtun公司研制的MicroVGTV矿难救援机 器人，具有机身可变位的特点，适合于在小的孔洞和相对 狭小的空间中执行任务，一般用来进行矿井和废墟人员救 援工作。日本大阪大学研制得蛇形救援机器人，装备了小 型监视器和多功能传感器，可以在高低不平的废墟上前 进，用于矿难发生后的人员救援。 在国内，煤矿机器人没有成熟的生产厂家，相关研究 还处于概念研究和实验阶段。2002年中科院沈阳自动化所 研制了蛇形矿难探测机器人，具有16个单自由度关节，可 以实现蜿蜒前进、后退、侧移、翻滚等多种动作，并可以 利用无线传输技术传回图像。山东大学研制的煤矿井下探 测机器人的研究，已完成了实验室移动样机的制作与实验 等工作，目前正在进行第二轮试验样机的调试工作。国内 的煤矿机器人和国外相比具有非常大的差距。 3.2 煤矿机器人未来发展趋势 随着计算机技术、传感器技术、先进制造技术、机电 一体化技术以及网络技术的发展，煤矿机器人未来的发展 趋势是智能化、可视化和网络化。 (1)智能化 智能化是未来煤矿机器人的发展趋势，它以微处理 机为中心，辅助丰富的软、硬件资源，实现智能化运动、多 点测量以及多参量测量。同时煤矿机器人也应该具有自校 正和自诊断及高效的通信功能，实现智能化的检测及救援 功能。 (2)可视化 可视化实现的关键是机器人技术和虚拟仪器技术的 融合，通过虚拟仪器实现部分功能硬件的软件化，以增强 机器人系统的灵活性。同时利用强大的计算机运算能力、 图形处理功能和在线帮助功能，建立具有良好人机交互性 能的虚拟仪器控制面板，以适应煤矿机器人的各种可视化 救援和检测操作。 (4)网络化 总线和虚拟仪器的应用，使机器人救援的网络化成 为了可能，例如，利用现场总线技术的网络化控制系统， 提高煤矿机器人的综合功能和运行可靠性，同时也可以利 用Internet的丰富的硬件和软件资源，实现远程数据采集 与控制、高档智能仪器的远程实时调用及远程监测系统的 故障诊断等功能[3]。 4 总 结 我国煤矿安全事故的频繁发生，已经成为影响我国 煤矿事业健康发展的制约因素之一。对于广大煤矿来说， 要想从根本上预防矿难事故，除了规范管理之外，还应该 在煤矿的生产管理环节中采用先进的技术和设备，特别是 在煤矿生产中应用机电一体化产品，提高煤矿行业的整体 自动化水平，减小和预防煤矿安全事件的发生。 本文首先对机电一体化产品定义和组成进行了研究， 认为机电一体化产品是指采用机电一体化技术，在机械产 品基础上创造出来的新一代机电产品。它由机械本体系 统、执行系统、检侧传感系统、信息处理系统、控制系统、 动力源系统六个部分组成，这些都为后文引出具体的机电 一体化产品做好铺垫。 然后就机电一体化产品在在煤矿安全监控系统中和 在煤矿矿难救援中的应用进行了分析，首先分析了机电一 体化产品在煤矿安全监控系统中和在煤矿矿难救援中的 国内外应用现状，然后也对这两种应用的未来发展趋势进 行了分析。认为煤矿安全监控系统正朝着标准化、智能 化、网络化和图形一体化的方向发展，并从单一监控功能 向性能可靠、功能强大的全矿井综合监控信息系统发展。 而随着计算机技术、传感器技术、先进制造技术、机电一 体化技术以及网络技术的发展，煤矿救援机器人也会朝着 智能化、可视化和网络化等方向发展。 参考文献 [1]王永青．机电一体化实用手册[M]．北京:科学出版杜,2007(1)． 刘武发,刘德平.机电一体化基础[M]．北京:化学工业出版 社,2008. 董晓坡，王绪本．救援机器人的发展及其在灾害救援中的作用 [M].防灾减灾工程学报,2009,27(2). [2] [3] 机电一体化产品在煤矿行业中的应用 程升涛