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摘要：煤矿生产在能源开发中占有重要的地位，同时为了使生产过程的安全性和生产效率得到有效保障，对自动化技术的运用越来越重视，其中PLC机电一体化技术针对目前煤矿设备运行的现状，有效的解决了传统设备中存在的问题，另外在运输提升、煤矿安全生产、综合运行、机电一体化数控技术等机械设备的具体应用中，充分发挥了其应用优势，使生产工艺得到完善，管理环节得以简化，为煤矿行业的智能化发展起到了推动和促进作用。本文就其应用进行了分析和探讨。
关键词：PLC;机电一体化;煤矿设备
引言：现代化工业生产离不开先进的科学技术，需要利用先进技术为持续发展提供良好的保障和助力。在煤矿设备中通过PLC机电一体化技术的应用，使原本开发精度低、开采方式落后的煤炭行业得到了长足的进步，使复杂环境下的开采难度降低，工人的作业强度和压力得到缓解，煤矿专业化生产水平得以提高。
一、概述
PLC是一种可编程逻辑控制器，主要由存储器中央处理器功能模块电源通信模块，输入输出接口电路构成其硬件结构。其技术是可对复杂的运作程序予以简化，采用逻辑图、梯形图等简单的编辑程序实现高性能、高质量、高科技、高效率的可编辑控制技术。另外通过多学科的交叉融合形成了机电一体化技术，其中包括机械技术和自动控制多个学科，通过在煤矿设备中的应用，使煤矿作业生产进程加快。煤矿生产需要供电、提升、通风、排水、采掘、运输、洗选等多个专业环节相互配合和影响，共同完成，并具有较强复杂性的生产过程。在煤矿生产中自动化水平随着电子控制系统的技术支持，得到了有效的提升。在未来行业的发展趨势影响下，需要改变以往液压技术和借助简单机械完成生产目标的方式，通过机电一体化技术的应用，使煤矿生产效率有效得到提升，使企业的经济效益不断提高。
二、工作原理
PLC技术的工作原理主要基于存储功能、控制功能、输入输出功能、运算功能等进行的。
（一）运用首要环节
在机电设备控制系统中，首先通过输入采样的环节，系统对采集的数据按照工作程序进行分析和逻辑计算，所以机电控制系统的控制效率由PLC的输入产样决定。系统通过对输入的采样数据进行扫描，并输入到相应的存储器里，然后再通过处理程序对数据进行处理，因此机电控制系统的首要环节就是输入采样数据。
（二）运用基本环节
PLC技术在进行逻辑编程时，将参考所采集的数据，扫描相关程序后，将扫描结果传送到计算机中，输入的采样数据和扫描结果都不会发生改变，否则将对PLC机电控制系统的整体运作造成影响，还可能造成安全问题和一系列工作问题。系统会对所获得的数据进行逻辑计算和分析，得出的结果用于系统自动化机械设备的控制。
三、煤矿设备的发展现状
从煤矿行业发展来看，机械智能化、自动化、一体化技术的应用较晚，但在快速发展的过程中存在着许多不足，煤矿设备的智能化自动化水平较低，对设备的维护管理手段缺乏，设备的使用寿命缩短，企业成本增加。其主要原因是对先进技术缺乏深入、科学的研究，目前的设备水平还未能达到标准化精细化运行和生产的要求，为了对煤矿行业的发展予以保障，新技术的应用势在必行，需要对现有的机械化生产水平进行优化和调整，对煤矿生产的良性可持续发展起到促进作用。
四、机电一体化的意义
（一）高效生产
通过机电一体化技术的应用，提高了煤矿设备的工作效率，使以往作业模式和生产方式都得到了改进和优化，同时对技术操作的安全性和便捷性予以提高，作业人员的劳动强度大幅度降低，生产质量和生产效率都得到了提高，产业升级得以实现[1]。
（二）经济效益提高
通过技术应用可以使煤炭产量大幅度提高同时开采成本得到有效降低和控制，使企业经济效益增长得到有效保证，同时也对产业发展起到了带动和促进作用，对地方经济的发展也起到了推动作用。
（三）安全性高
通过技术的应用是开采环境得到极大改善，也对安全生产提供了强有力的保障，在机械生产效率大幅度提升的同时，对生产中存在的安全隐患有效予以降低。通过对各生产环节的传统机械设备不断更新换代，使作业人员从以往恶劣的工作环境中摆脱出来，从而有效的合安全事故发生的几率得以减少，在作业人员人身安全得以保障的同时，工伤和职业病发生的几率也得到了有效控制和减少。
五、在煤矿生产中的应用
（一）提升机
通过在矿井提升机上的技术应用，已取得了较好的应用成效。其中内装式提
升机通过技术应用，将驱动和滚筒从结构上整合为一个整体，实现了机械结构的简化，构成的机械、计算机、电力电子、自动控制的综合体，对机电一体化技术进行了充分的体现。全数字提升机可实现完整的诊断设施、可重复性的故障寻址以及自诊断功能，具有可靠性高，通信功能简单快捷以及硬件配置简单、零件少、电气安装简化等特点;在软件控制、软启动以及瞬间改变加速度等方面极容易实现。目前，这类数字化直流提升机已在各煤矿中得到广泛应用和推广，通过计算机技术的运用，对安全保护系统进行了进一步的完善，对制动回路、安全回路、驱动回路以及电源通过计算机进行实时检测，对故障采用记忆功能，使提升记的安全性能得以提高和保障。另外PLC技术的运用是提升机在自动提速方面表现良好，同时实现提升机制动、停车、减速等方面的控制，使机电控制系统的质量和效率得以提高[2]。
（二）采煤机
此技术将传统的液压控制系统转换为计算机程序控制系统，使生产现场实时数据的收集得以实现，将传感器记录的数据对接到集控室中的控制箱，通过PLC技术对其进行相应的处理和储存，对数据的有效性和准确性予以保证，同时对系统的安全运行起到保障作用。另外煤矿机的中的报警系统对于相关操作人员以及机械设备的安全有着重要的意义，通过高分贝的报警器，使报警的传播速度和强度提高，使人员能够及时快速撤离，所以PLC技术的运用，实现了机电设备的实时监控，对安全运行予以保障，同时通过对数据的监控和处理，及时发现设备中存在的问题，及时进行调整和报警，使设备和人员的安全得到充分的保障。 （三）井下带式运输机
作为此技术重点应用研究的对象，带式输送机具有效率高、连续输送距离长、输送量大、可靠性高、自动化便捷等优势，也成为了煤矿生产中重要的运输设备，通过此技术的运用，对其进行了变频控制装置以及可操控软启动装置的配置，使其技术水平得到较大提太，在输送距离、功率等关键技术方面取得了一定的研究成果，填补了国内一些技术研究的空白。
目前的三点驱动输送机在单机的长度以及运送重量上还受到制约，同时在在线监控技术、动态分析以及启动延迟等方面的研究相较于国外先进技术而言，还处于较落后状态，因此在还需加大研发力度。
（三）排水系统
井下排水系统中运用此技术可对井下水泵房的自动运行、实时监测以及无人化操作予以实现，同时可靠性、安全性以及运行效率也得到提高，使抗灾能力增强，另外还能对水泵运行情况进行自动调节和优化，根据井下的水仓水位以及实际涌水量，对运行水泵台数进行确定，使能耗降低，实现成本节约和能源节约的的目的[3]。
系统还包括对设备故障实时监测功能，在显示屏上对水位、水泵运行状态进行动态、实时显示，一旦发现故障，会启动闪烁功能以及更改图形颜色等发出相应的报警信号，必要时停机切换到备用水泵。
（四）通风系统
此技术在通风系统中应用，能够充分满足自动控制的要求，地面矿井主通风机PLC主控制系统由原来的单构架技术两个CPU分别控制一个系统对应一台主扇及配套设备，如果单控制模块出问题，对应主扇就停机，不能及时发现启动备用主扇就出事故了，通过近年来技术革新发展到通过PLC主控制系统下增加了双冗余电源、2+2隔离器模块及端子，相当于给主控制系统增加了一道防火墙，就是变频器等有故障也不会对主控PLC主控制系统造成冲击，又通过光电模块使得控制两台主扇的系统能够相互协作，一个主控模块出故障，另外一个热备模块会主动侦测毫秒级切换控制，使得运行主通风机不停机，两套控制系统不再独立，开通双通道相互热备协作，大大提高了通风安全可靠性，还增加了故障自动诊断系统，对故障分析判断、明确提示，提高了排除效率。同时对主通风机稀油润滑站和各风门加装执行私服系统，在PCL主控制系统控制下即使一台主通风机故障停机，若无人工干涉，主控系统会在设定的时间内按照设定参数曲线开启备用通风机，并自动设定加载频率调节风量，且有效躲避掉可能引起机体共振的工控频率，彻底实现无人值守，有人巡检的全自动化。
井下局部通风机系统主要包括几方面的设计：可进行自动/手动两种工作模式的选择，具有故障报警的功能以及对工作状态的实时显示。在自动模式下，如设定压力下限已高于井下压力，则启动两组风机进行运行，并进行报警提示;当井内瓦斯浓度过高，已超出规定的上限时，系统自动发出警报，如达到断电上限时，则会自动对风机组和工作面的电源进行切断，避免发生瓦斯爆炸的安全事故;风机组的轴承温度和定子温度通过温度传感器进行测量，如超过报警上限，则会发现相应的报警信号;若超过温度上限，则系统会自动切断当前运行风机组的电源;在风组运行时间达到累计时间后，为了避免风机出现疲劳运行的状况，可对风机组进行自动切换;另外机械卡死的状况，系统也会发出相应的报警信号[4]。
（五）冲击地压监测系统
此系统以计算机网络为基础，引入光缆专线、通讯电缆以及以太网络等多种传输模式，对矿井的矿压参数进行全面监测，其中主要包括：煤层内部应力检测、锚杆载荷应力检测、围岩离层运动检测以及工作面支架阻力检测。另外系统还分为井上和井下以及不同监测功能的四个子系统。通过矿区局域网络的接入，井上检测服务器可实现信息共享和在线监测。
六、优化和应用功能的充分发挥
（一）全自动化和半自动化程度的提高
在煤矿生产过程中，提高设备的全自动化和半自动化程度，能够使采煤的生产效率，劳动生产成本得以降低，同时对采矿过程中因失误所导致的不必要损失有效予以控制和减少。目前在不少，煤矿作业中通过，液压支架电液控制系统，以及微電脑控制的综合采掘设备，可实现煤矿作业的全自动化无人操作以及远程操控等功能，同时工作效率大幅度提升。
（二）能源节约
随着基于PLC的机电一体化技术的运用，煤矿设备的自动化程度大幅度提升，使作业人员的劳动成本得以降低，采煤的生产量大幅度提高。通过自动化采煤设备的运用，如提升机微电脑控制系统，胶带输送机等，不仅使生产效率大幅度提升，同时还实现能源节约，使煤矿企业的经济效益得到提升[5]。
（三）自诊故障、在线控制及报警功能的实现
通过此技术的应用，在系统控制下使煤矿设备的在线监控功能得以实现。传动系统，液压装置系统电动机工作装置等实现了对运行状态的监控，在实现远程操控的同时，还能使设备进行自检和报警操作，使生产过程中检修时间得以减少，设备的维修检测费用降低，同时设备的使用寿命得以延长。另外，煤矿设备通过在线监控功能，还能实现智能化和人性化。根据矿井的实际采矿环境对煤矿设备的传动比例和负荷进行灵活调节，对生产中的能耗经济性以提高，并对设备的安全性和稳定性予以保障。
结束语：在煤矿设备中，通过PLC机电一体化技术的应用，可使其具备信息化、智能化、程序化的特点，另外先进的煤矿设备还具有性能可靠、安全性高、维修方便、体积小等优势，使其在煤矿生产中得到了普遍推广和应用，使煤矿生产能力大幅度提升，也为企业和社会带来巨大的效益。通过在运、掘、采等设备上的应用，使煤矿产业的综合生产实力得以提升，并为产业的结构优化以及洁净、安全、高效、环保目标的实现提供有力的支持。
参考文献：
[1]童群. 基于PLC机电一体化技术在数控机床中的应用探讨[J]. 中国设备工程， 2018（17）：180-181.
[2]张良. 浅谈机电一体化技术在煤矿机械设备中的应用[J]. 山东工业技术， 2018， No.267（13）：85.
[3]宁蒙川， 刘晓. 基于PLC机电一体化技术在数控机床中的应用[J]. 电子技术与软件工程， 2017（15）：134-134.
[4]赵艳珍. 基于PLC机电一体化技术在数控机床中的应用[J]. 信息通信， 2018， 192（12）：135-136.
[5]张宇. 基于PLC机电一体化技术在数控机床中的应用研究[J]. 南方农机， 2017（23）：102-103.
关键词：PLC;机电一体化;煤矿设备
引言：现代化工业生产离不开先进的科学技术，需要利用先进技术为持续发展提供良好的保障和助力。在煤矿设备中通过PLC机电一体化技术的应用，使原本开发精度低、开采方式落后的煤炭行业得到了长足的进步，使复杂环境下的开采难度降低，工人的作业强度和压力得到缓解，煤矿专业化生产水平得以提高。
一、概述
PLC是一种可编程逻辑控制器，主要由存储器中央处理器功能模块电源通信模块，输入输出接口电路构成其硬件结构。其技术是可对复杂的运作程序予以简化，采用逻辑图、梯形图等简单的编辑程序实现高性能、高质量、高科技、高效率的可编辑控制技术。另外通过多学科的交叉融合形成了机电一体化技术，其中包括机械技术和自动控制多个学科，通过在煤矿设备中的应用，使煤矿作业生产进程加快。煤矿生产需要供电、提升、通风、排水、采掘、运输、洗选等多个专业环节相互配合和影响，共同完成，并具有较强复杂性的生产过程。在煤矿生产中自动化水平随着电子控制系统的技术支持，得到了有效的提升。在未来行业的发展趨势影响下，需要改变以往液压技术和借助简单机械完成生产目标的方式，通过机电一体化技术的应用，使煤矿生产效率有效得到提升，使企业的经济效益不断提高。
二、工作原理
PLC技术的工作原理主要基于存储功能、控制功能、输入输出功能、运算功能等进行的。
（一）运用首要环节
在机电设备控制系统中，首先通过输入采样的环节，系统对采集的数据按照工作程序进行分析和逻辑计算，所以机电控制系统的控制效率由PLC的输入产样决定。系统通过对输入的采样数据进行扫描，并输入到相应的存储器里，然后再通过处理程序对数据进行处理，因此机电控制系统的首要环节就是输入采样数据。
（二）运用基本环节
PLC技术在进行逻辑编程时，将参考所采集的数据，扫描相关程序后，将扫描结果传送到计算机中，输入的采样数据和扫描结果都不会发生改变，否则将对PLC机电控制系统的整体运作造成影响，还可能造成安全问题和一系列工作问题。系统会对所获得的数据进行逻辑计算和分析，得出的结果用于系统自动化机械设备的控制。
三、煤矿设备的发展现状
从煤矿行业发展来看，机械智能化、自动化、一体化技术的应用较晚，但在快速发展的过程中存在着许多不足，煤矿设备的智能化自动化水平较低，对设备的维护管理手段缺乏，设备的使用寿命缩短，企业成本增加。其主要原因是对先进技术缺乏深入、科学的研究，目前的设备水平还未能达到标准化精细化运行和生产的要求，为了对煤矿行业的发展予以保障，新技术的应用势在必行，需要对现有的机械化生产水平进行优化和调整，对煤矿生产的良性可持续发展起到促进作用。
四、机电一体化的意义
（一）高效生产
通过机电一体化技术的应用，提高了煤矿设备的工作效率，使以往作业模式和生产方式都得到了改进和优化，同时对技术操作的安全性和便捷性予以提高，作业人员的劳动强度大幅度降低，生产质量和生产效率都得到了提高，产业升级得以实现[1]。
（二）经济效益提高
通过技术应用可以使煤炭产量大幅度提高同时开采成本得到有效降低和控制，使企业经济效益增长得到有效保证，同时也对产业发展起到了带动和促进作用，对地方经济的发展也起到了推动作用。
（三）安全性高
通过技术的应用是开采环境得到极大改善，也对安全生产提供了强有力的保障，在机械生产效率大幅度提升的同时，对生产中存在的安全隐患有效予以降低。通过对各生产环节的传统机械设备不断更新换代，使作业人员从以往恶劣的工作环境中摆脱出来，从而有效的合安全事故发生的几率得以减少，在作业人员人身安全得以保障的同时，工伤和职业病发生的几率也得到了有效控制和减少。
五、在煤矿生产中的应用
（一）提升机
通过在矿井提升机上的技术应用，已取得了较好的应用成效。其中内装式提
升机通过技术应用，将驱动和滚筒从结构上整合为一个整体，实现了机械结构的简化，构成的机械、计算机、电力电子、自动控制的综合体，对机电一体化技术进行了充分的体现。全数字提升机可实现完整的诊断设施、可重复性的故障寻址以及自诊断功能，具有可靠性高，通信功能简单快捷以及硬件配置简单、零件少、电气安装简化等特点;在软件控制、软启动以及瞬间改变加速度等方面极容易实现。目前，这类数字化直流提升机已在各煤矿中得到广泛应用和推广，通过计算机技术的运用，对安全保护系统进行了进一步的完善，对制动回路、安全回路、驱动回路以及电源通过计算机进行实时检测，对故障采用记忆功能，使提升记的安全性能得以提高和保障。另外PLC技术的运用是提升机在自动提速方面表现良好，同时实现提升机制动、停车、减速等方面的控制，使机电控制系统的质量和效率得以提高[2]。
（二）采煤机
此技术将传统的液压控制系统转换为计算机程序控制系统，使生产现场实时数据的收集得以实现，将传感器记录的数据对接到集控室中的控制箱，通过PLC技术对其进行相应的处理和储存，对数据的有效性和准确性予以保证，同时对系统的安全运行起到保障作用。另外煤矿机的中的报警系统对于相关操作人员以及机械设备的安全有着重要的意义，通过高分贝的报警器，使报警的传播速度和强度提高，使人员能够及时快速撤离，所以PLC技术的运用，实现了机电设备的实时监控，对安全运行予以保障，同时通过对数据的监控和处理，及时发现设备中存在的问题，及时进行调整和报警，使设备和人员的安全得到充分的保障。 （三）井下带式运输机
作为此技术重点应用研究的对象，带式输送机具有效率高、连续输送距离长、输送量大、可靠性高、自动化便捷等优势，也成为了煤矿生产中重要的运输设备，通过此技术的运用，对其进行了变频控制装置以及可操控软启动装置的配置，使其技术水平得到较大提太，在输送距离、功率等关键技术方面取得了一定的研究成果，填补了国内一些技术研究的空白。
目前的三点驱动输送机在单机的长度以及运送重量上还受到制约，同时在在线监控技术、动态分析以及启动延迟等方面的研究相较于国外先进技术而言，还处于较落后状态，因此在还需加大研发力度。
（三）排水系统
井下排水系统中运用此技术可对井下水泵房的自动运行、实时监测以及无人化操作予以实现，同时可靠性、安全性以及运行效率也得到提高，使抗灾能力增强，另外还能对水泵运行情况进行自动调节和优化，根据井下的水仓水位以及实际涌水量，对运行水泵台数进行确定，使能耗降低，实现成本节约和能源节约的的目的[3]。
系统还包括对设备故障实时监测功能，在显示屏上对水位、水泵运行状态进行动态、实时显示，一旦发现故障，会启动闪烁功能以及更改图形颜色等发出相应的报警信号，必要时停机切换到备用水泵。
（四）通风系统
此技术在通风系统中应用，能够充分满足自动控制的要求，地面矿井主通风机PLC主控制系统由原来的单构架技术两个CPU分别控制一个系统对应一台主扇及配套设备，如果单控制模块出问题，对应主扇就停机，不能及时发现启动备用主扇就出事故了，通过近年来技术革新发展到通过PLC主控制系统下增加了双冗余电源、2+2隔离器模块及端子，相当于给主控制系统增加了一道防火墙，就是变频器等有故障也不会对主控PLC主控制系统造成冲击，又通过光电模块使得控制两台主扇的系统能够相互协作，一个主控模块出故障，另外一个热备模块会主动侦测毫秒级切换控制，使得运行主通风机不停机，两套控制系统不再独立，开通双通道相互热备协作，大大提高了通风安全可靠性，还增加了故障自动诊断系统，对故障分析判断、明确提示，提高了排除效率。同时对主通风机稀油润滑站和各风门加装执行私服系统，在PCL主控制系统控制下即使一台主通风机故障停机，若无人工干涉，主控系统会在设定的时间内按照设定参数曲线开启备用通风机，并自动设定加载频率调节风量，且有效躲避掉可能引起机体共振的工控频率，彻底实现无人值守，有人巡检的全自动化。
井下局部通风机系统主要包括几方面的设计：可进行自动/手动两种工作模式的选择，具有故障报警的功能以及对工作状态的实时显示。在自动模式下，如设定压力下限已高于井下压力，则启动两组风机进行运行，并进行报警提示;当井内瓦斯浓度过高，已超出规定的上限时，系统自动发出警报，如达到断电上限时，则会自动对风机组和工作面的电源进行切断，避免发生瓦斯爆炸的安全事故;风机组的轴承温度和定子温度通过温度传感器进行测量，如超过报警上限，则会发现相应的报警信号;若超过温度上限，则系统会自动切断当前运行风机组的电源;在风组运行时间达到累计时间后，为了避免风机出现疲劳运行的状况，可对风机组进行自动切换;另外机械卡死的状况，系统也会发出相应的报警信号[4]。
（五）冲击地压监测系统
此系统以计算机网络为基础，引入光缆专线、通讯电缆以及以太网络等多种传输模式，对矿井的矿压参数进行全面监测，其中主要包括：煤层内部应力检测、锚杆载荷应力检测、围岩离层运动检测以及工作面支架阻力检测。另外系统还分为井上和井下以及不同监测功能的四个子系统。通过矿区局域网络的接入，井上检测服务器可实现信息共享和在线监测。
六、优化和应用功能的充分发挥
（一）全自动化和半自动化程度的提高
在煤矿生产过程中，提高设备的全自动化和半自动化程度，能够使采煤的生产效率，劳动生产成本得以降低，同时对采矿过程中因失误所导致的不必要损失有效予以控制和减少。目前在不少，煤矿作业中通过，液压支架电液控制系统，以及微電脑控制的综合采掘设备，可实现煤矿作业的全自动化无人操作以及远程操控等功能，同时工作效率大幅度提升。
（二）能源节约
随着基于PLC的机电一体化技术的运用，煤矿设备的自动化程度大幅度提升，使作业人员的劳动成本得以降低，采煤的生产量大幅度提高。通过自动化采煤设备的运用，如提升机微电脑控制系统，胶带输送机等，不仅使生产效率大幅度提升，同时还实现能源节约，使煤矿企业的经济效益得到提升[5]。
（三）自诊故障、在线控制及报警功能的实现
通过此技术的应用，在系统控制下使煤矿设备的在线监控功能得以实现。传动系统，液压装置系统电动机工作装置等实现了对运行状态的监控，在实现远程操控的同时，还能使设备进行自检和报警操作，使生产过程中检修时间得以减少，设备的维修检测费用降低，同时设备的使用寿命得以延长。另外，煤矿设备通过在线监控功能，还能实现智能化和人性化。根据矿井的实际采矿环境对煤矿设备的传动比例和负荷进行灵活调节，对生产中的能耗经济性以提高，并对设备的安全性和稳定性予以保障。
结束语：在煤矿设备中，通过PLC机电一体化技术的应用，可使其具备信息化、智能化、程序化的特点，另外先进的煤矿设备还具有性能可靠、安全性高、维修方便、体积小等优势，使其在煤矿生产中得到了普遍推广和应用，使煤矿生产能力大幅度提升，也为企业和社会带来巨大的效益。通过在运、掘、采等设备上的应用，使煤矿产业的综合生产实力得以提升，并为产业的结构优化以及洁净、安全、高效、环保目标的实现提供有力的支持。
参考文献：
[1]童群. 基于PLC机电一体化技术在数控机床中的应用探讨[J]. 中国设备工程， 2018（17）：180-181.
[2]张良. 浅谈机电一体化技术在煤矿机械设备中的应用[J]. 山东工业技术， 2018， No.267（13）：85.
[3]宁蒙川， 刘晓. 基于PLC机电一体化技术在数控机床中的应用[J]. 电子技术与软件工程， 2017（15）：134-134.
[4]赵艳珍. 基于PLC机电一体化技术在数控机床中的应用[J]. 信息通信， 2018， 192（12）：135-136.
[5]张宇. 基于PLC机电一体化技术在数控机床中的应用研究[J]. 南方农机， 2017（23）：102-103.