煤炭开采过程中耗能较大，同我国节能减排的目标要求相悖。尽管煤炭节能减排做了许多工作也取得一定成效，但其粗放发展模式至今仍是煤炭企业难以根本转型的重要难点 ［1］ 。当前，协同控制煤炭设备成为国内外矿山设备节能的重要实现途径。许多实践证明对矿山大型机电设备实施协同控制能够有效降低其运行耗能，进而实现煤炭运行的节能目标。本文从矿山大型机电设备的类别入手来分析其机电设备协同控制系统的设计。

 

一、矿山大型机电设备的类别及其耗能影响

        矿山系统较为复杂，拥有的大型机电设备非常多，各类大型机电设备的运行耗能较大，且存在差异性。通常情况下，运输系统、采掘系统、压风和提升系统、通风系统和排水系统的机电设备耗能相对较大 ［2］ 。运输系统主要包括电机车、公路运输汽车及带式输送机;采掘系统机电设备主要是采煤机、掘进机和刮板输送机;提升系统机电设备主要包括多绳摩擦提升机和单绳缠绕提升机;压风系统机电设备主要是空气压缩机，排水系统机电设备为多功能水泵;通风系统则包括混合式、压入式及抽出式通风机。

 

        矿山的生产系统及环境都非常复杂，大型机电设备的耗能受到多方因素的影响，其中其中最主要的是生产管理、设备及自然环境、科技发展及应用程度。要实现矿山机电设备低耗能，必须从技术因素和管理方案等方面进行协调控制，使其工作处于流水线式状态。对矿山设备实际能耗、实际工作效率、设备自身耗能及总耗能量、矿山系统总负荷、总体效率值进行计算，在总负荷量一定的状况下确保每台设备都在最佳负荷量状态下工作，进而达到节能。矿山系统的结构庞杂，协同工作会受到各种因素影响，生产过程中很难做到各个系统内机电设备全部处于最佳的效率点 ［3］ 。因此，应利用最佳平方逼近法对系统最优效率进行计算，求出其逼近函数，进而计算出机电设备实际工作效率的最佳理想值，并求出设备耗能。

 

二、协调控制系统的设计

        矿山大型机电设备协同控制系统的构建，需要利用数据融合和物联网技术，进行远程协同控制。

 

( 一) 数据检测及融合

        此系统中，物联网感知层中检测提升机、掘进机和采煤机油压油箱的为 SC316LB油压变送器，带式输送机、高速轴、掘进机油箱、采煤机油箱、空压机控制箱面板等温度则利用一体化温度变送器进行检测，提升机及水泵电动机温度则利用传感器进行检测，该传感器为吸附式磁性传感器，型号为 CXF-104K。检测输送机滚筒转速则利用速度传感器 GSG-4 来实现。掘进机、带式输送机及刮板输送机的物料装运质量则由称重传感器(CYB-603S) 进行检测。检测矿井用水量则用液位传感器(CYB-24S)检测。压风系统和通风系统的风压和风量则利用风压变送器及风压传感器等检测。检测机电设备振动强度则利用振动传感器 GBC1000 来实现，掘进机切割倾角及采煤机倾角的检测则利用倾角传感器实现，检测各系统瓦斯浓度则利用瓦斯传感器实施检测。在机电设备离核心部位最近点及振动敏感点处安装传感器，供电电源应均为独立供电。采集检测信号采用 S7-200SMAＲTPLC，读入内部数据，高速通信则通过感知层和 PPI 电缆进行，以控制各变送器和传感器。

 

( 二) 物联网及其传输层

        物联网主要是利用红外线感应、激光扫描和外界事物定位等技术，则主要是利用信息感应器来实现激光扫描及定位、感应等功能。互联网则是利用接入技术同其他事物建立联系，进而形成新连接方式，以控制信息和链接事物，并实行全面覆盖，工作人员则可利用物联网对各相关子系统进行协调控制，不仅能够提高控制的效率，还能降低控制工作量，节约成本。物联网控制技术在矿山机电设备监管中的应用，则需要相关的技术及资金来支持。由于矿山机电设备复杂且庞大，其对物联网技术的要求也相应提高。在构建矿山机电设备协同控制系统时，物联网传输层的核心为以太网，网络构架是以 WIFI 和 GPＲS定位系统为依托的网络定位系统。利用通讯管理软件、调制调节器及连线等将网络同 PLC 相连接。内部数据主要利用 PLC发送至调制调节器，接收到信息数据后调制调节器再将其转为GPＲS 数据包，而后再将其转至网络共享中心，最终发送到 SC服务器，SC 服务器接收到数据后又利用 GPＲS、WIFI 及以太网发送到应用上位机。

 

        物联网系统中交换机同应用层服务器相连接，机电设备数据采集的感知层则利用 OPC 接口来实现。上位机利用组态软件对应用层进行划分，分别为预测控制、存储数据和分析数据三部分。数据的管理和存储则利用 SQL-SEＲVEＲ 来实现，深度分析数据则利用 Matlab 技术，利用 LABVIEW 构建资源调度、GUI、底层平台及通信的统一控制平台。按照机电设备运行状况构建其运行模式库，通过此模式库来预测设备运行状态和优化控制方案。利用上位机接收数据峰值、峭度及有效值等为运行模式库特征参数，并按照实践经验及统计数据设定能耗，并对其工作状态进行实时调整，确保机电设备在能耗范围内正常运转，进而提高机电设备运行效率，降低其运行能耗。总之，利用物联网技术和数据检测融合系统是有效提高矿山机电设备运行效率和降低其能耗的重要手段，通过其构建矿山机电设备协同控制系统对矿山机电设备运行效率能够实时优化和调整，以使其运行耗能处于最低状态，进而有效地控制了其总耗能量。