帶式輸送機智能控制系統架構研究

黃志友

摘要：基于帶式輸送機構建礦石等物料運輸的智能控制系統，可以促進產業(yè)升級，提高生產效率并降低勞動強度。提出了一種帶式輸送機智能控制系統架構方法，描述了系統架構中的智能帶式輸送機、地面綜合服務站、知識領域庫和信息融合器等組件的功能，探索采礦業(yè)智能化的新途徑。

關鍵詞：帶式輸送機;智能控制;系統架構

0? 引言

帶式輸送機廣泛應用于礦石等物料輸送，其張緊裝置是輸送機正常啟動、運行的核心部件，它的自動化控制平水決定著礦石開采運輸效率。當前我國銅礦等多分布在偏遠山區(qū)，區(qū)域廣闊且礦井深長，每個礦區(qū)同時有多臺帶式運輸機在協同工作，帶式輸送機的運送負載、運行工況和工作環(huán)境等變化范圍較大，這使得帶式輸送機必須具備大運量、長距離、井下高可靠性和大功率等性能，對張緊裝置的控制提出了更高的要求[1]。

帶式輸送機的控制系統從基于固定力控制的自動控制，逐步發(fā)展成現代普遍采用的自適應控制，自適應控制有效提高了自動化水平，提升了控制效率。但是自適應控制是基于傳感器數據的參數的反饋控制，對復雜多變的環(huán)境和自動故障處理方面存在不足，急需新的控制理念優(yōu)化目前的自適應控制系統。本文提出應用人工智能技術，構建帶式輸送機智能控制系統，通過智能調節(jié)張緊裝置張緊力的，實現帶式輸送機的智能控制，提高礦石開采等輸送經濟效率。

1? 帶式輸送機智能化的意義

1.1 提高智能化水平，促進產業(yè)升級

智能控制系統的是以知識和經驗為基礎的擬人控制系統，具備感知和認知、在線規(guī)劃和學習、推理決策和多執(zhí)行機構協同等能力[2]。帶式輸送機張緊裝置通過智能控制，能按照人給定的指令集自選或自編程序去適應環(huán)境，自動完成復雜的控制工作，并將執(zhí)行的控制指令，環(huán)境參數和執(zhí)行響應情況記錄下來，融入專家決策系統，由控制系統自學習與提升。智能控制融合應用了移動互聯網、大數據、云計算、物聯網等新技術，是智能化和產業(yè)升級的重要標志。

1.2 提高生產效率，降低勞動強度

智能控制是人工智能重要的應用領域，推動著控制技術的變革和發(fā)展。智能控制將人的經驗知識直接應用于控制過程，并不斷自學習積累，實現在無人干預的情況下自主地驅動智能設備實現自動控制，達到控制目標的，是多源信息融合、人工智能、信息網絡和控制論等學科的交叉。通過人與智能設備的協同合作，擴大、拓展，智能控制系統可以部分取代人工在控制過程中的腦力或體力勞動。

2? 智能控制系統構架

帶式輸送機智能控制系統是由帶式輸送機和應用專家共同組成的人機一體化智能系統，它在控制過程中能進行智能執(zhí)行控制活動，完成分析、推理、判斷、構思和決策等。帶式輸送機智能控制系統由帶式輸送機、人機交互計算機、決策數據庫、通信網絡和各類知識領域庫組成。在帶式輸送機智能控制系統建設時，可將決策數據庫、人機交互計算機和知識領域庫等集成到地面綜合服務站，構建的帶式輸送機智能控制系統架構如圖1所示。

圖1中矩形框為智能控制系統的實體設備，柱形框為虛擬知識領域，典型的知識領域有故障知識庫和決策知識庫等。實心箭頭表示控制系統運行的數據流，空心箭頭示意網絡通信鏈路。橢圓框表示智能控制系統執(zhí)行的分析、處理、運算和控制等操作過程。主要組件的功能如下：

2.1 帶式輸送機

基于智能控制系統的帶式輸送機是一種智能化的設備，通過傳動電機和張緊裝置等完全自主控制，可以在不需要人工指令的幫助下完全自主地完成輸送任務。完整的智能帶式輸送機具備的能力包括自身狀態(tài)的監(jiān)控、環(huán)境信息的收集、數據的分析及做出相應的響應。

2.2 地面綜合服務站

地面綜合服務站是帶式輸送機智能控制系統的重要組成部分，完成對智能帶式輸送機、物料及數據鏈的狀態(tài)監(jiān)視和操作控制[3]。地面綜合服務站通過遠程數據鏈路與智能帶式輸送機實現互聯互通，通過地面綜合服務站中的人機界面，使操作員實現對智能帶式輸送機工作狀態(tài)、皮帶載荷狀態(tài)的規(guī)劃、監(jiān)視，并實現必要時的干預和決策。

2.3 知識領域庫

知識領域庫是智能控制系統高效運行的數據支撐和決策基礎，主要包括故障知識庫和決策知識庫。帶式輸送機在多變的環(huán)境條件下工作，其故障具有多樣性和復雜性。故障識別是故障專家知識庫的構建并知識規(guī)則化，在自身復雜系統及外部復雜環(huán)境下的故障檢測，并針對檢測的故障依據故障專家知識庫進行故障識別，按照預設的評判體系決策。智能控制決策知識中專家系統知識全面性與準確性，決策指令的可靠性與可信度，評判標準的邏輯合理性時效性與可執(zhí)行性和評判規(guī)則與決策結果等是智能控制決策的難點[4]。

2.4 信息融合器

信息融合器是完成多源信息融合處理和分析的設備。傳統的數據處理和傳輸方法很難滿足帶式輸送機智能化需，要充分利用多源信息復用機制，將來自不同信源的大容量信息在地面綜合服務站構建混合數據流并時時復用。采用多源信息處理架構設計，利用帶式輸送機上所有傳感器獲取運行狀態(tài)信息，而后通過有線或無線接入至地面綜合服務站，完成運行信息檢測及特征提取，在領域知識的指導以及相關數據庫支持下，運用信息融合算法，實現狀態(tài)監(jiān)測與識別信息的顯示，以及輸送任務的監(jiān)控和引導。

3? 展望

智能控制系統應用是人工智能技術從理論走向工程應用的必由之路，加快推進智能控制系統在各行業(yè)的應用拓展是面向未來科技，服務于經濟建設的重要重要舉措。針對銅礦等開采作業(yè)特點，可以以帶式輸送機的控制為切入點，探索構建礦石開采業(yè)遠程的應用型的能控制系統，加速產業(yè)升級與轉型。

參考文獻：

[1]楊張利.農機作業(yè)履帶式行走張緊系統的自適應控制策略[J].重慶理工大學學報，2019（4）：156-160.

[2]楊洋.帶式輸送機液壓張緊自適應控制系統[D].西安：西安科技大學，2018.

[3]宋偉.井下皮帶輸送機運行狀態(tài)在線監(jiān)測系統[D].青島：青島科技大學，2014.

[4]溫曉磊.港口皮帶輸送機液壓張緊裝置可靠性研究[D].秦皇島：燕山大學，2018.