矿山机械机电一体化技术研究

矿山机械机电一体化技术研究

摘要：对于当前矿山的机械机电一体化技术，是在原有技术的基础上，再加上

计算机网络以及自动控制技术，融入使用矿山机械设备进行作业的原理和方法，

从而使得现代化矿山机械机电一体化得以实现，并且朝着更加智能化的方向发展，并且更加的信息化和数字化，这一技术的发展，方便了使用控制网络对现代矿山

机械的控制，且控制过程更加灵活，同时还可以实现自主决策，协同使用多种矿

山机械设备，通过这一技术的发展使得矿山机械设备的整体性能在很大程度上得

以提高，人员进行操作时更加方便和安全，工程的质量也更好，效率更高。

关键词：机电一体化；研究；设备

1 引言

本文主要对矿山机电的一体化发展作出了分析, 对其中的关键技术, 例如矿山

的机电集成驱动以及机器人等技术作了详细介绍。通过分析可以看出, 矿山的机

械机电一体化技术未来的发展趋势将更加数字化、智能化和网络化, 并且具有更

高的承载力, 更加适应生产以及市场的需求。

2 矿山机电一体化技术的结构组成以及发展趋势

2.1 机电一体化设备的结构组成

机电一体化设备，主要是由设备层、控制层组成。其中，设备层是将计算机、高层PLC、低层阀门、传感器和拖动设备等连接成一个整体。随着现场总线技术

的发展，机电一体化设备会出现多种网络结构，象树形、环形、星形等。控制层

是采用I/O网络、统一对等通信网络，对网络进行及时控制。以控制网为例，可

对离散、运动、过程、传动等进行控制，不但能多通道传输数据，还具有特殊的

控制算法。通过比较有苛求时间的数据、没有苛求时间的数据，从而确定数据传

输的优先权，实现数据信息的上传、下载、传输等需求。

2.2 矿山机电一体化技术的发展趋势

通过了解机电一体化的发展历程，可以将这一技术的发展分成四个阶段。第

一阶段是在1960年左右，电子技术的发展促进了机械科技与电子工业的融合，

通过将机电与产品结合在一起，极大的提升了装备的可控制性。第二阶段是在1970～1980年之间，此时由于通信、自动控制技术以及大规模的集成电路技术的

发展，机械产品也实现了多种不同功能的集成，比如检测、控制等方面的功能，

这一功能主要是通过增加操控面板的按钮来实现的。第三阶段是20世纪90年代，此时计算机网络技术迅猛发展，并与光机电一体化技术相互融合，基本上已经实

现了机械设备的数字化控制，并能够进行部分的数字化管理，方便了施工和工程

师进行设计等。第四阶段是2010年以后，人工智能的发展占据主导地位，未来

技术的发展方向是矿山机械能够进行自主决策，并且可以进行协同作业，具有重

要的发展前景。

矿山机械正朝着数字化的趋势发展，并且应用明显，主要归因于微电子和信

息技术的迅速发展，现已基本实现了使用计算机进行辅助设计和模拟作业的过程，还实现了对矿山机械进行远程操作和控制，还可以进行主动避障。网络化的发展

实现了对矿山机械的核心部件的监控和诊断，并能够在运行的时候及时的反馈信

息并进行故障诊断。人工智能发展并应用于矿山，通过矿山机械的设备接口，将

信息进行链接，再使用模糊控制和神经网络技术，使得矿山机械能够进行自主决策。对于采集的原料，可以使用云计算技术对其成分进行分析，之后进行进一步

的处理。

3 矿山机电一体化发展的关键技术

3.1 机电集成驱动技术

现代矿山机械设备是传统的传动以及电气系统的集成，这一过程是通过机电

集成驱动技术实现的，这一过程中主要包括四个核心部件，对这些部件进行开发

和控制是这一集成驱动技术的核心。第一个核心部件是工业减速器，这一部件主

要是使设备关节处的速度减慢，也可以传递力矩，进行作业时主要依靠的是执行

器较长的力臂；第二个核心部件是伺服电机和步进电机，系统可以通过这一部件

来转换能量，也可以用来传递信号；第三个核心部件是电气控制板卡，这一部件

可以集成多个单元；第四个核心部件是执行器。驱动集成主要是靠这四个核心模

块来实现的。由于这些部件结构复杂，内部存在很多的基本单元以及小零件，因

此当小单元出现问题时，对系统整体的功能会产生影响，必须对每个基本单元和

零件进行详细的故障排查，及时进行解决。这些部件的复杂程度越高，表明机电

一体化的技术水平就越高，信息控制以及机械结构等技术的发展促进了工程机械

的发展。以后的机电驱动技术的动力传递系统将会更有效，传递时的损失达到最低，另外，还可以进行结构优化，从而优化空间运转，使得控制过程更加灵活。

3.2 矿山机器人技术

井下环境对矿山机械的使用提出了更高的要求，首先要能够适应灰尘较多的

情况以及潮湿等环境。相比较设备而言，人的适应性更差，其成本更高，所以无

法满足日益增加的工程需要，有必要研究可以取代人进行工作的机器人。井下作

业条件较差，作业人员长期井下作业，对身心造成了极大的伤害，患职业病的人

数也越来越多。而使用机器人取代人进行作业，可以使人免受高强度作业的危害，同时可以解决劳动力较为紧张的问题。当机器人在矿山工作时，起控制作用的主

要部件是控制器，必须具有可扩展性，同时还要具备开放性，能够符合未来智能

化的发展趋势。机器人工作时，手臂动作是靠驱动系统进行驱动来完成的。机器

人内部有可以实现闭环控制的智能系统，该系统可以使误差最小化，同时实行控

制反馈。

4 矿山机械机电一体化技术的应用

当前矿山机械中已经普遍应用了机电一体化设备，并且通过进行实时监控，

检测传动、执行以及控制系统的故障，如果出现故障能够及时报警，便于维护设备。通过引入机电控制系统，矿山机械的能源利用率在很大程度上得以提高。另外，工程机械普遍采用液压设备，目的是得到较大的力矩，而液压系统的利用率

可以通过引入新型的控制器来提升，并且效果显著，而且损失的能量可以在设备

的其他部分得以利用。工程机械可以通过机电设备进行智能调控，可以识别故障

并停止工作。可以通过自动升温和调速等装置使得能量利用率提高。之前机械设

备存在的机构问题也可以由机电一体化的控制来解决，比如精度问题，可以提高

产品的精度控制。人为失误在操作过程中经常发生，机电控制操作向自动化方向

发展，解决了这一问题，对机械作业过程能够更好的进行控制。笔者希望本文可

以为相关行业提供借鉴意义。

结语：

综上所述，机电一体化设备在工业生产中应用普遍，和生产效率、经济效益

密切相关。近几年来，矿山机械得到了很大的发展，与矿山机电一体化技术相互

融合，得到了进一步发展，极大地提高了作业水平和质量。这一技术的应用解放

了劳动力，工人免受井下恶劣环境的影响，工作强度和人身伤害降低，同时作业

效率得以提高。机电技术在未来会朝着智能化、数字化、网络化以及柔性化的方