电子技术在煤矿中的应用完整版 2.docx
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电子技术在煤矿中的应用完整版2
2013届本科生毕业设计
题目：
电子技术在煤矿中的应用
作者姓名：
学号：
2009080513
系（院）：
机械与电子工程学院
专业：
电气工程及其自动化
指导教师姓名：
吕现钊
指导教师职称：
讲师
2012年12月20日
SuZhouUniversity
Year2012BachelorGraduationassignment（Design）
Title:
Wavelet-basedpowersystemharmonicanalysis
Author:
XuXiaohong
StudentID:
2009080513
Department:
ElectromechanicalcollegeMajor:
ResearchingofPowerSystemHarmonicAnalysisBasedonWaveletTheory
Instructor:
LvXianzhao
ProfessionalTitle:
lecture
December20th,2012
电子技术在煤矿中的应用
摘要
电子技术对于带动社会经济发展，提升信息化和建设现代化水平等方面具有十分重要的意义，将电子技术广泛应用与煤矿企业中，不但可以促进企业生产效率的提高，生产成本的降低，还有助于提升科技含量，实现安全生产和管理。
煤炭行业实现可持续发展需要信息技术的支持和保障。
近年来，电子技术正以惊人的速度发展，其影响已经深入到国民经济各行各业，特别是对于煤矿，石油，交通等较老的国家基础行业，电子技术的应用正引发着一场技术和观念上的革命，这些产业也由此焕发出蓬勃的生机
煤炭行业属于劳动密集型产业，落后技术导致高的投入产出比，生产事故时有发生，近年来，电子技术已经应用于煤矿行业各方面，如变频器，环境监测，电机调速，电气传动等，并产生了积极而且广泛的影响。
关键词：
变频器，环境监测，电机调速
Abstact
Theapplicationofelectronictechnologyinthecoalmine
Electronictechnologyisofutmostsignificancetopromotethesocio-economicevelopment,enhanceinformationtechnologyandbuildupamodernizationsociety.Thewidelyapplicationofelectronictecnologyincoalmineenterprisescannotonlypromotetheimprovementofenterpriseproductivity,lowertheproductioncosts,butalsohelptoimprovescientificandtechnologicalcontents,realizesafetyproductionandmanagement.Thecoalindustrycannotachievesustainabledevelopmentwithoutthesupportandprotectionofinformationechnology.
Inrecentyears,electronictechnologyisdevelopingatanamazingspeedandhasaprofoundinfluenceonallwalksoflifeofournationaleconomy,especiallyonourcountry’sbasicindustrieslikecoalmine,oil,trafficandsoon.Theapplicationofelectronictechnologyiscausingatechnologicalandconceptualrevolution,sothattheseindustrieswillexhibitvigorousvitality.
Thecoalindustryisalaborintensiveindustry,itsoutdatedtechnologyleadstohighinput-outputratioandproductionaccidents.Inrecentyears,theelectronictechnologyisappliedtoallaspectsofthecoalmineindustry,likeinverter,environmentalmonitoring,motorvelocitymodulation,electricaltransmissionandsoon,andhasapositiveandwideinfluenceontheseaspects.
目录
第一章电子技术在煤矿中的应用现状1
1.1煤矿企业与电子技术1
1.2机电一体化在煤矿企业中的相关应用1
第二章电子技术在煤矿中的综合应用3
2.1电子技术与煤矿安全3
2.2变频器在煤矿中的应用3
2.3现场总线CAN-bus在煤矿通信中的应用4
2.4用于煤矿环境监测的无线传感器网络技术5
2.5数字煤矿6
2.6电子技术在煤矿电气传动中的应用6
2.6.1提高生产工艺流程自动化控制系统智能化水平6
2.6.2提高电气传动系统的机电一体化水平，减小驱动设备占用空间6
2.7.电子技术在煤矿节能中的应用…………………………………………
2.8.电子技术在煤矿中的其他应用…………………………………………
第三章展望电子技术在煤矿中的发展及应用前景8
第四章总结14
第五章结束语19
5.1结论19
5.2展望19
参考文献21
致谢22
第1章、电子技术在煤矿中的应用现状
1.1煤矿企业与电子技术
随着科学技术和社会经济的迅速发展，煤矿的生产效益得到了极大的提高，煤矿生产企业也从中得到了很好的经济效益。
但是与此同时人类也付出了惨痛的代价，在进行煤矿现场作业时如果监控不力或者机械出现故障不能自动报警并准确的指出其故障的位置就容易发生瓦斯爆炸和煤矿塌陷。
1.2机电一体化在煤矿企业中的相关应用
采煤时所需要的安全控制，矿井提升机的高效率运作及快速传送带的有效传输等电子技术都被广泛应用。
机电一体化技术都包括有这些技术，它是机械、微电子、控制、计算机、信息处理等多学科的交叉融合。
由此可见机电一体化的技术在我国煤矿中的使用更是有很大的潜力，它具有以下几个优点：
1，智能化，它能够很好的将人的部分思维输入到操作系统中去，模拟人的思维能力分析能力和判断能力，在某种程度上也就代替了部分煤矿工人的体力劳动和脑力劳动。
2，网络化，它具有远程的控制技术和监控技术，可以减小出现问题时的人员伤亡。
3，绿色化，它可以最大程度的降低煤炭生产时造成的环境污染问题，还可以使报废的机械加以回收利用。
在煤矿机械的运行过程中，运用机电一体化技术可以对机械的传动系统、工作装置、电动机、自动系统及液压系统等的运行状态进行有效的监控、可以设计出数字煤矿机、改造矿井下带式输送机、在当然机电一体化技术也只是电子技术中的一小部分，我们可以了解下到底是具体其中的那种设备对煤矿的生产效率进行提高的。
第2章、电子技术在煤矿中的综合应用
2.1电子技术与煤矿安全
第3章
根据有关媒体报道，2009年2月22日，凌晨2点20分，山西屯兰煤矿值班员突然发现，井下瓦斯监控信号中断了，不再有任何数据传来，送风机也停止了转动，从1205和1203工作面传来巨响……瓦斯爆炸了，这一刻发生了令人震惊的屯兰特大矿难——瓦斯监控系统失灵，未发出瓦斯超标警报——这起矿难中接了屯兰煤矿的安全神话。
血的教训告诫人们，在现今的设备也需要人以极端负责的态度去监管和维护。
煤矿采煤多是地下作业，有瓦斯爆炸、坍塌等危险。
为此研制开发安全生产设备和生产监控系统是非常必要的，电子技术从中发挥了重要作用。
2.2变频器在煤矿中的应用
目前，变频器在国内煤矿的应用主要集中在带式输送机上。
第一，真正实现了带式输送机系统的软启动。
运用变频器的软启动功能，将电机的软启动和皮带机的软启动合二为一，通过电机的慢速启动，带动皮带机缓慢启动，将皮带内部储存的能量缓慢释放，是皮带机在启动过程中形成的张力波极小，几乎对皮带不造成损害。
第二，实现皮带机多电机驱动式的功率平衡。
应用变频器对皮带机进行驱动时，一般采用一拖一控制，当多电机驱动时，采用主从控制，实现功率平衡。
第三，降低皮带带强。
采用变频驱动之后，由于变频器的驱动时间可在1~3600s可调，通常皮带机启动时间在60~200s内根据现场设定,皮带机的启动时间延长，大大降低对皮带带强的要求，降低设备初期投资。
第四，降低设备的维护量。
变频器是一种电子器件的集成，他将机械的寿命转化为电子的寿命，寿命很长，大大降低设备维护量。
同时，利用变频器的软启动功能实现带式输送机的软启动，启动过程中对机械基本无冲击，也大大减少了皮带机系统机械部分的检修量。
第五，节能。
在皮带机上采用变频驱动后的节能效果主要体现功率因数和系统效率两个方面。
矿井提升设备是沿井提升煤炭矿石升降人员和设备、下放材料的大型机械设备。
其安全可靠尤为突出。
在矿井生产过程中，如果提升设备出了故障，必然造成停产。
轻者，影响煤炭质量；重者，危及人身安全。
此外，矿井提升设备是一大型的综合机械——电气设备，其成本和耗电量比较高，所以，在新矿井的设计和老矿井的改建设计中，确定合理的提升系统时，必须经过多方面的技术经济比较，结合矿井的具体条件，保证提升设备在选型和运转两个方面都是合理的，即要求矿井提升设备具有经济性。
采用交流变频大调速器对提升绞车进行驱动具有控制精度高、工作可靠性高、基本无工作维护量，降低了维护人员的工作强度、调速范围宽广，属于无级调速，低速时稳定性好、节能等优势。
乳化液泵站主要为液压支架提供恒定的液体压力。
平时液压支架基本不动，但如花也仍长时间工作，耗能巨大。
如果采用变频驱动，采用压力传感器形成闭环恒压控制，当移动液压支架时，乳化液泵提高液体流量，维持变力不变；当不移动液压支架时，乳化液泵提供小流量液体维持压力不变，实现恒压控制。
采用变频器驱动乳化液泵，节能效果明显。
另外在部分煤矿，主扇也采用了变频技术，但目前变频器在煤矿的应用主要还是集中在皮带机和绞车上。
2.3现场总线CAN-bus在煤矿通信中的应用
现场总线CAN-bus在网络开放性、通信可靠性、网络通信距离、网络节点数目、数据传输实时性、系统设计成本等方面都具有很大的优势。
通过CAN-bus构建的煤矿现场设备网络，管理者和主控设备能及时的了解，处理当前的矿井情况，寻找事故隐患，避免危机的发生。
煤矿行业的通讯网络网络设计矿上通信、井下矿道通讯。
其中，井下矿道通讯是重点。
一个中小型煤矿的通信网络，井下矿道通讯距离可能需要达到20km，甚至更远。
现场总线技术中，通信距离与通讯率密切相关。
通常，当通讯率为5kb/s时，CAN-bus总线的通信距离可以达到10km，若安装1个CANbridge网桥，通信距离可以延长一倍，并可以增加连接一倍的CAN-bus节点数目。
煤矿行业的矿井结构比较复杂，一般都存在较多的分支巷道，多为树形结构或者鱼刺形结构。
通常的总线型拓扑结构并不适合矿井内的通讯布线；但是，通过在合适安装位置安装CAN-bridge网桥，改变整个网络的拓扑方式，形成树形拓扑或星形拓扑，既方便施工与布线，节省电缆成本又可以提高通信效率，增加网络整体连接设备的能力。
组建一个技术先进的煤矿通讯网络，对煤矿的工作人员、现场环境参数进行检测和控制、符合煤矿安全要求的煤矿数据信息管理系统，是煤矿行业的发展大趋势。
煤矿通讯主要涉及两个方面；考勤和巡检系统；作业现场环境监测。
2.4用于矿井环境监测的无线传感器网络技术
无线传感器网络是基于第四代无线通信技术，自适应天线阵，及分布式网格计算技术，融合了传统传感器与检测技术的下一代网络。
它综合了传感技术、微电子技术、嵌入式计算技术、网络无线电、网络通信技术和分布式信息处理技术等，能够通过各类微型传感器协作的实时监测感知和采集各种检测对象的各种信息，这些信息通过无线方式发送，并以自足多条的网格方式传送到用户终端。
无线传感器网络具有十分广阔的应用前景，如在国防军事、工业监控、农林牧业生产过程监控、城市管理、生物医疗、环境监测、抢险救灾治安反恐、危险区域远程控制等许多重要领域。
在无线传感器网络中，除了少数节点需要移动以外，大部分节点都是静止的。
其中的设备体积小、能耗低，并通过无线网络传播信息，因此对比传统的传感器而言，具有无可比拟的优势。
有这些微小的智能传感设备所组成的网络，不但能取代传统的传感设备，还能完成许多传统控制，监视设备所做不到的任务。
在矿井环境监测中通常需要对矿井风速、矿尘、一氧化碳、适度、温度、氧气、硫化氢和二氧化碳等参数进行检测。
现有的监控检测系统需要在矿井内设通信线路，传递监测信息。
生产过程中矿井结构在不停变化，加之有些坑道空间狭小，对通信线路的延伸和维护提出了很高的要求。
一旦通信链路发生故障，整个监测系统就可能瘫痪。
使用无线传感器网络进行环境监控有三个显著优势：
（1）传感器节点体积小且整个网络只需要部署一次，因此不熟传感器网络对监控环境的认为影响很小；
（2）传感器网络节点数量大，分布密度高，每个节点可以检测到局部环境详细信息并汇总到基站，因此传感器网络具有采集数据全面，精度高的特点；
（3）无线传感器节点本身具有一定的计算能力和存储能力，可以根据物理环境的变化进行较为复杂的监控。
传感器节点还有无线通信的能力，可以在节点间进行协同监控。
节点的计算能力和无线通信能力使得传感器网络能够重新编程和重新部署，对环境变化、传感器网络自身变化以及网络控制指令做出及时反应。
及时矿井结构遭到破坏，仍能自动回复组网，传递信息，为矿难救助等提供重要信息。
无线传感器网络自身的这些特点特别适用于矿井环境监测。
无线传感器网络功耗低，可以自行组网，具有良好的可靠性和可维护性。
它的出现为矿井环境监测提供了一种部署简单、可靠性高的全新手段。
ZigBee最显著的技术特点是它的低耗能和低成本，由于采用较低的数据传输率，较低的工作频段和容量更小的Stack并且将设备的ZigBee模块在未使用的情况下进入休眠状态从整体上降低其功耗。
使用与煤矿井下巷道多曲折、多风门等结构特点，电源供电限制严格、煤炭行业资金短缺等特点。
。
尽管他有着较低的数据传输率，但是这一传输速度仍能满足井下人员定位系统的定位需求。
ZigBee是一种采用成熟无线通信技术的全球统一标准的开放得无线传感网络。
基于ZigBee技术的井下人员无线定位系统的开发和使用，该技术能够大大提高井下救援系统在救援过程中的积极作用，能为事故救援提供高可信的重要的数据资料，减少事故发生的可能性，降低人员的伤亡。
然而，目前定位系统中定位节点只能起到地里定位作用，如果将瓦斯传感器、环境检测传感器等多种传感器和定为节点结合，将井下生产作业区的温湿度、氧含量、有毒有害气体含量、粉尘含量等多种环境参数通过无线网络传送到煤矿井下救援系统，实现实时监测，这对煤炭行业与其相关行业的平稳健康发展无疑有重要的意义。
重视历史数据的收集与积累。
对煤炭行业职业病典型的尘肺病的有效防治提供支持。
2.5数字煤矿
“数字煤矿”就是以先进的煤矿机电机一体化技术、计算机技术,3S技术与信息化相适应的现代企业管理制度为基础，以网络技术为纽带，煤矿安全生产、高产高效、可持续发展为目标，实现多元煤矿信息的采集、输入、存储、检索、查询与专业空间分析，并实现多元信息的多方式输出、实时联机分析处理与决策、专家会诊煤矿安全事故与调度指挥等。
随着我国煤炭事业的发展及安全形势的要求，煤矿对生产过程监控、全矿井生产安全环境监控、生产过程信息综合利用等方面的网络化自动化和智能化提出了新的要求。
数字化监控技术是一种先导性技术，是计算机网络和软件技术以及数字通信技术、微电子技术的集成和发展，在煤矿安全领域引入这一技术，可以对区域内所有煤矿瓦斯防治情况，包括井下瓦斯浓度风机开停状态及设备送电断电情况等，实施集中监控、远程监控和实时监控，针对突发情况及时采取调整作业方式、停止生产、撤离人员等措施。
从系统集成的角度来看，有关生产、管理的自动化与信息化水平相对较低，特别是煤矿安全生产监控系统尚没有行业标准，各分系统之间互通和兼容，存在着信息孤岛现象，信息资源难以共享，监测系统、控制系统和管理系统不能实现联动；从产业的角度看，目前煤矿行业安全生产软硬件研发和服务保障系统相对落后，研发力量薄弱，适合煤矿行业特点和需求的软硬件和电子专用设备、仪器目前仍比较缺乏，还难以满足煤矿安全生产的需求和技术升级的需求。
因此，加速发展适于煤矿安全生产的电子产品和装备，推进我国煤矿行业信息技术应用，提高信息化水平，为进一步提升煤矿安全生产水平做好技术支撑，仍然是今后摆在我们面前的主要任务。
2.6电子技术在煤矿电气传动中的应用
传动系统的应用，技术先进的产煤国家，井下使用现代电力电子技术和装备已经相当广泛。
如调速变配电牵引采煤机，风机、水泵、提升机等矿用设备调速系统；原不调速系统实现变频调速；原直流调速系统正被交流变频调速系统逐步替代。
2.61.提高生产工艺流程自动化控制系统智能化水平
电气传动自动化技术是以生产机械驱动装置——电动机为自动控制对象、以微电子器件（包括计算机系统）为核心、以电力电子装置为执行机构，在自动控制理论指导下，按给定规律控制电动机的转速进行自动条件，以满足生产工艺的最佳要求，达到提高效率、降低能耗、提高产品质量、减少系统环节、降低劳动强度的优化效果。
现代变频装置的智能化程度比较高，自身具有很强的保护功能，对于被驱动负载来说，塔基是一个功能很强的控制环节，又是很准确的电动执行机构。
作为电气传动自动化系统，可称得上是控制和转型器的机电一体化环节，而且实现矿井的顺槽自动化控制要简单和容易得多
2.6.2.提高电气传动系统的机电一体化水平，减小驱动设备占用空间。
电气传动系统的机电一体化是现代矿井采、掘、运、提等大型生产装备机电一体化的最重要组成部分，这不但可有效提高生产工艺流程自动化系统智能化水平，而且还可有效的减小时被占用空间。
由于井下空间有限，限制了装备的体积及适用范围：
缩小装备的体积可以有效的减少开挖量，节约投资。
随着现代电力电子技术的不断发展和进步，发展无机械齿轮机，技术已日益成熟，并且已经进入实用阶段。
如：
交流主轴驱动系统、滚筒内装点等级提升绞车等已经投入使用，既减少了机械传动环节系统体积，又有效的提高了整体的传动效率，为矿井电气传动系统改造提供了诱人的新技术前景。
2.7电子技术在煤矿节能中的应用
煤炭行业的电力损耗约占总能耗的67%。
现国有统配煤矿基本实现了机械化，但电气化仍比较落后。
从电气传动技术及其装备来看，工业技术先进国家的电力拖动系统中，采用变频调速技术已经达到70%-80%，而我国不足10%，煤矿的应用水平则更低。
而矿井的电能消耗中电机消耗的电能占了近90%。
电机是感性负载，功率因数低，负载变化大，节能空间很大。
节能的关键在于先进的节能设备的使用或者对现有设备的技术改造。
电机负荷的节能方法主要是电力电子器件，而我国煤炭企业在电力电子技术的应用不仅无法和国外先进水平相比，即使和国内其他行业相比也落后很多。
因此，煤炭行业电力电子技术的改造应用具有广阔的前景和良好的经济效益。
主要是使电动机的输出按负载各种速度的需要改变，通过改变电动机的速度，达到降低电动机电耗的目的。
对于风机、水泵一类依指数降低转矩的负载尤其明显。
据统计，全国风机、水泵的耗电量约占总发电量的30%以上，而煤矿却占其中的50%以上，尤其煤矿可以根据不同开拓时期工矿、季节和气候变化，转速控制调节所需流量，节能潜力很大，一般都大于30%。
这种方法对于贯彻来说更有效。
当然，这些只是一般的调速功能，是低水准系统，就其整体机电性能精度的要求都不高，采用通用建议性的变频调速装置即可，如果将高精度多功能变频调速装置用于低水平系统，不仅要增加投资，而且也无从体现其优越性。
据日本科学家对于中小功率系统改造的投资回收器体积和计算，即：
投资效果（回收期）=变频投资/年节能应用效果=1.21年，随着变频器价格日益下降，效果将更为显著。
2.8电子技术在煤矿中的其他应用
煤矿企业一般距离市区较远，因此煤矿工人村都有相对独立的物业管理体系，例如必须具备独立的供水系统。
现在大多数矿山工人才用的都是定时供水制度，旨在规定的时间内供水，供水的时候就是用水的高峰期，每个用户还要用容器村一部分水备用，实际上并不一定能用完，长流水的地方也比较多，因此造成水资源和电能的浪费。
另外，由于用水集中，为了保证有足够的水压，供水的水泵和电机都比较大，因此也造成了设备资源的浪费。
全自动无塔变频装置这项技术在全国推广使用已经好几年了，这项技术投资少，自动化程度高，同时还可以达到节水节能的目的，但是在煤炭企业应用还不是太广泛，还没有认识到其优势。
某矿工人原来使用的也是定时供水制，自从改造成全自动无塔变频供水以后，节约水资源10%以上，节约电能15%以上，而且还可以保证全天候供水，方便了居民的生活，经济和社会效益都很好。
我国于1996年正式启动绿色照明计划，绿色照明计划的关键就是利用电力电子技术开发节能光源和节能灯具。
煤矿井下大量使用照明，目前矿井使用的照明设备以普通荧光灯白纸灯，因此大规模推广使用节能等具有重要意义。
以百万吨矿井生产照明用电容量为50kw计算时，推行节能技术可以节约电量15%，全国年产原煤12亿吨，年节约电量近80GW时，细算起来是一个不小的数字。
但是，我国在开发成本低、电磁污染低、可靠性高的性能先进的整流器方面，特别是能适应煤矿井下恶劣条件的现金灯具还不是很成熟。
电机是感性负载，功率因数低，负载变化大，节能的空间很大。
节能的关键在于先进的节能设备的使用或对现有设备的技术改造。
电机类符合的节能方法主要是电力电子器件，而我国煤炭企业在电力电子技术的应用不仅无法和国外先进水平相比，及时和国内其他行业相比也落后很多。
因此，煤炭企业电力电子技术的改造应用具有广阔的前景和良好的经济效益。
第三章、展望电子技术在煤矿中的发展及应用前景
电子技术在煤矿中的应用，一方面，指的是信息基础今后将会更加深入的研究煤矿安全生产自动化检测系统和管理体系，并将以下三方面作为未来工作的重点：
1.建设安全检测控制体系，当前瓦斯控制已经得到了普遍关注，除此之外，还要对矿山顶板压力、井下煤炭运输、温度以及有害气体等予以足够的关注和重视；2.关注包括节能减排以及产量监控等内容在内的生产作业环节的监测和管理；3.实现安全生产信息联网，从而确保企业以及相关部门可以随时查阅相关数据。
另一方面可以稳步推进加强领导层的高度重视和关注，当前我国煤矿企业电子技术发展不平衡，国有煤矿企业以及规模较大的企业建设进展势态良好，但规模较小的煤矿企业由于认识不足、资金有限、电子技术的建
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