基于PLC的礦山設(shè)備智能預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

（甘肅畜牧工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 武威 733006）

隨著世界經(jīng)濟(jì)體制的不斷轉(zhuǎn)型，能源產(chǎn)業(yè)逐漸成為各國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱性產(chǎn)業(yè)。為了提升各國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，礦產(chǎn)企業(yè)對于礦產(chǎn)設(shè)備管理水平要求逐漸提升[1，2]。在礦山開采的過程中，需要使用大量的礦山設(shè)備，在工作的過程中如出現(xiàn)設(shè)備故障問題，都會(huì)對礦山企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)問題，因此，對其進(jìn)行合理的監(jiān)督管理至關(guān)重要。在過去的管理過程中多采用智能預(yù)警系統(tǒng)對其工作狀態(tài)展開控制。此種系統(tǒng)在使用的過程中存在控制響應(yīng)時(shí)間較長的問題。針對此問題，在此次研究中使用PLC芯片對其中展開處理，設(shè)計(jì)基于PLC的礦山設(shè)備智能預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)通過此種模式，提升礦山產(chǎn)業(yè)對其設(shè)備的管理能力。在此次系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，將采用系統(tǒng)應(yīng)用測試的形式，獲取系統(tǒng)測試結(jié)果，驗(yàn)證此系統(tǒng)的使用效果與有效性。

1 基于PLC的礦山設(shè)備智能預(yù)警系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

針對目前礦山設(shè)備智能預(yù)警系統(tǒng)在使用出現(xiàn)的問題，在此次設(shè)計(jì)中將對系統(tǒng)硬件中的部分設(shè)備展開優(yōu)化。在此次設(shè)計(jì)中，將主要對系統(tǒng)中的傳感器展開設(shè)計(jì)，通過此種設(shè)計(jì)形式，將PLC管理芯片應(yīng)用到此系統(tǒng)中。傳感器是系統(tǒng)中最低端的設(shè)備，也是智能預(yù)警系統(tǒng)的主要設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)主要監(jiān)控設(shè)備。在此次設(shè)計(jì)中，對傳感器的組成部分展開優(yōu)化，使其具備信息轉(zhuǎn)換的功能。在此次設(shè)計(jì)中，將傳感器的組成結(jié)構(gòu)設(shè)定如下。

此次設(shè)計(jì)中的傳感器種類主要包括氣體濃度傳感器、溫濕度傳感器、攝像設(shè)備、RFID輸出設(shè)備[3]以及部分設(shè)備狀態(tài)識(shí)別器，將此部分設(shè)備有序連接安裝至原有系統(tǒng)硬件中。同時(shí)，根據(jù)礦山的需求，設(shè)定專用的預(yù)警網(wǎng)絡(luò)，保證上述設(shè)備可在礦山環(huán)境中正常運(yùn)行。在此次設(shè)計(jì)中使用XMC4400微處理器作為系統(tǒng)的中央處理單元。利用XMC4400微處理器[4，5]完成系統(tǒng)的處理與安全控制，同時(shí)，設(shè)定收發(fā)器模塊、報(bào)警及顯示模塊、通訊模塊，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中設(shè)備的溝通，將采用上述設(shè)備后的系統(tǒng)硬件框架作為軟件開發(fā)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性能。

2 基于PLC的礦山設(shè)備智能預(yù)警系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

在此次研究中，將主要針對系統(tǒng)預(yù)警響應(yīng)問題展開處理，將系統(tǒng)軟件框架設(shè)定如圖2。

采用圖2優(yōu)化后的系統(tǒng)硬件框架作為軟件開發(fā)部分的基礎(chǔ)，根據(jù)硬件結(jié)果設(shè)定PLC控制模塊，將獲取到的信號(hào)設(shè)定為模擬量的形式，在控制模塊中完成信號(hào)的配置與校準(zhǔn)過程。在此次設(shè)計(jì)中，將模擬量處理設(shè)定為兩部分，首先為礦山設(shè)備溫度，通過此處理確定設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性；其次為礦山設(shè)備壓力采集量[6]，通過此數(shù)據(jù)確定礦山設(shè)備運(yùn)行內(nèi)部的運(yùn)行壓力，當(dāng)傳感器獲取到的設(shè)備數(shù)據(jù)出現(xiàn)問題時(shí)，系統(tǒng)控制模塊會(huì)出現(xiàn)模擬量過大或是過小的問題，此時(shí)系統(tǒng)將對此部分?jǐn)?shù)據(jù)展開分析處理，確定設(shè)備的故障位置，同時(shí)，將警報(bào)發(fā)送到主控終端，完成預(yù)警過程。

圖1 傳感器組成結(jié)構(gòu)

圖2 系統(tǒng)軟件框架

將設(shè)定的系統(tǒng)硬件與系統(tǒng)軟件有機(jī)結(jié)合，并安裝到原有的預(yù)警系統(tǒng)框架中，至此，基于PLC的礦山設(shè)備智能預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成。

3 系統(tǒng)應(yīng)用測試

3.1 系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境設(shè)計(jì)

為驗(yàn)證文中設(shè)計(jì)系統(tǒng)的使用效果，在此次設(shè)計(jì)中通過系統(tǒng)應(yīng)用測試實(shí)驗(yàn)的方式對系統(tǒng)的使用效果。由于進(jìn)行真實(shí)的實(shí)驗(yàn)測試對于礦山設(shè)備具有一定的威脅性，因此采用仿真實(shí)驗(yàn)的方式，完成實(shí)驗(yàn)過程，為保證多種系統(tǒng)可在同一實(shí)驗(yàn)環(huán)境中運(yùn)行，設(shè)定實(shí)驗(yàn)平臺(tái)如下所示。

表1 系統(tǒng)測試平臺(tái)

使用上述實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，模擬礦山設(shè)備的工作運(yùn)行狀態(tài)，使用文中設(shè)計(jì)系統(tǒng)以及市面上目前在使用中的兩種預(yù)警系統(tǒng)對其展開預(yù)警控制。通過多次實(shí)驗(yàn)的形式，獲取不同系統(tǒng)的平均預(yù)警響應(yīng)時(shí)間與設(shè)備控制有效性。

3.2 系統(tǒng)測試結(jié)果分析

使用上述實(shí)驗(yàn)條件設(shè)定結(jié)果，得到部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果，具體如下所示。

表2 系統(tǒng)響應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

通過上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，文中設(shè)計(jì)系統(tǒng)的使用效果明顯優(yōu)于其他兩種系統(tǒng)。在兩種不同指標(biāo)的對比下可以看出，文中設(shè)計(jì)系統(tǒng)可在多次實(shí)驗(yàn)中保證礦山設(shè)備運(yùn)行的安全性與平穩(wěn)性，同時(shí)，通過預(yù)警有效性可以看出，文中設(shè)計(jì)系統(tǒng)的預(yù)警準(zhǔn)確性較高，不會(huì)造成預(yù)警異常或是延誤的問題。通過文獻(xiàn)研究可知，大部分的礦山設(shè)備損害均因?yàn)樵O(shè)備異常預(yù)警不及時(shí)造成，對礦山設(shè)備異常的發(fā)現(xiàn)與響應(yīng)時(shí)間對于礦山安全管理十分重要。因此，在日后的研究中可使用此系統(tǒng)對礦山設(shè)備進(jìn)行智能控制與管理，保證礦山設(shè)備運(yùn)行的安全。

4 結(jié)束語

在此次設(shè)計(jì)中，主要對原有礦山智能預(yù)警系統(tǒng)在日常使用中出現(xiàn)的問題展開優(yōu)化，并主要針對PCL控制模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過實(shí)驗(yàn)表明，此次研究結(jié)果具有一定的科學(xué)性與可行性，但由于時(shí)間與技術(shù)上的限制，還存在部分領(lǐng)域需要進(jìn)行二次優(yōu)化。因此，在日后的系統(tǒng)優(yōu)化與使用中，將針對此次設(shè)計(jì)結(jié)果的不足之處進(jìn)行細(xì)化處理，提升對礦山設(shè)備的安全管理能力。