冶金礦山智能化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

王思潮 解利俊

摘? 要：為了有效地解決目前電氣工程中存在的集成化程度低、結(jié)構(gòu)不統(tǒng)一等問(wèn)題，本項(xiàng)目采用人工智能技術(shù)，對(duì)礦井電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，在總結(jié)出系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循穩(wěn)定性、擴(kuò)展性等原則的前提下，將數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、多線程編程等技術(shù)相結(jié)合，對(duì)此系統(tǒng)配置的功能進(jìn)行了較為詳盡的闡述，并對(duì)其今后的發(fā)展方向進(jìn)行了預(yù)測(cè)，希望能夠?yàn)橥愵I(lǐng)域的研究提供借鑒。

關(guān)鍵詞：人工智能技術(shù)；電氣自動(dòng)化；控制系統(tǒng)

隨著人工智能、大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的不斷發(fā)展，礦山自動(dòng)化控制系統(tǒng)不再局限于簡(jiǎn)單的遠(yuǎn)程監(jiān)控和操作，開(kāi)始向智能化、自適應(yīng)化方向發(fā)展，這不僅為礦山生產(chǎn)帶來(lái)了新的機(jī)遇，也給礦山自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。因此，需要深入研究智能化趨勢(shì)對(duì)礦山自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的影響，以及如何應(yīng)對(duì)這些影響。

1.人工智能技術(shù)簡(jiǎn)介

人工智能技術(shù)是指利用計(jì)算機(jī)科學(xué)和工程的理論和方法，對(duì)人類智能的一種模擬。它是一種新興的技術(shù)，涉及到機(jī)器學(xué)習(xí)、自然語(yǔ)言處理、圖像識(shí)別、智能機(jī)器人等多個(gè)領(lǐng)域。人工智能技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于改變?nèi)祟惿鐣?huì)生活和工作方式具有重大意義。

人工智能在醫(yī)療、金融、交通、制造等各個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。在健康管理方面，人工智能能夠輔助醫(yī)師做出正確的診斷、決策，從而提升醫(yī)療質(zhì)量與效率。在金融服務(wù)中，將人工智能應(yīng)用到風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和投資決策中，可以有效地提升銀行的運(yùn)作效率。在交通領(lǐng)域中，可以將人工智能技術(shù)應(yīng)用到交通管理、智能駕駛等各個(gè)領(lǐng)域，提高交通運(yùn)輸?shù)陌踩院托?。在制造業(yè)領(lǐng)域，人工智能技術(shù)可以用于生產(chǎn)線的自動(dòng)化控制、質(zhì)量檢測(cè)等方面，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

2.設(shè)計(jì)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)遵循原則

設(shè)計(jì)礦山電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)是一項(xiàng)復(fù)雜而重要的工程，其成功與否直接影響到礦山生產(chǎn)的效率和安全。在設(shè)計(jì)這樣的系統(tǒng)時(shí)，需要遵循一些原則和規(guī)范，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和安全性[1]。

首先，設(shè)計(jì)礦山電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)時(shí)，需要遵循安全第一的原則。礦山作為一個(gè)特殊的工作場(chǎng)所，存在著諸多安全隱患，如火災(zāi)、爆炸、有毒氣體泄漏等。

其次，設(shè)計(jì)礦山電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)需要考慮到系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。礦山作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，存在著大量的粉塵、濕氣、高溫等惡劣條件，這對(duì)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性提出了更高的要求。

另外，設(shè)計(jì)礦山電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)還需要考慮到系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性。礦山生產(chǎn)過(guò)程中，可能會(huì)出現(xiàn)新的工藝流程或設(shè)備更新等情況，因此，控制系統(tǒng)需要具備一定的靈活性和可擴(kuò)展性，能夠方便地進(jìn)行修改和升級(jí)，以適應(yīng)生產(chǎn)的變化[2]。

3.系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

為更好地發(fā)揮該系統(tǒng)的作用，增強(qiáng)其工作的穩(wěn)定性和可靠性，工程師應(yīng)按照?qǐng)D1對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.1? 礦山電氣控制功能設(shè)計(jì)

該控制系統(tǒng)的采用，展現(xiàn)了礦山行業(yè)對(duì)先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用和追求卓越的態(tài)度。模糊控制技術(shù)的采用，使得系統(tǒng)能夠處理模糊不清的指令語(yǔ)言，將其傳遞給電器進(jìn)行統(tǒng)一處理，從而提高了系統(tǒng)對(duì)復(fù)雜指令的適應(yīng)能力。同時(shí)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的引入，為系統(tǒng)提供了指令反饋的運(yùn)算與整理功能，進(jìn)一步增強(qiáng)了系統(tǒng)的智能化水平。

通過(guò)模糊控制與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方式，該控制系統(tǒng)不僅能夠有效地實(shí)現(xiàn)礦井電氣控制功能，還能適應(yīng)復(fù)雜多變的工作環(huán)境，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。這種技術(shù)的運(yùn)用，不僅為礦山行業(yè)的自動(dòng)化控制帶來(lái)了新的可能，也為行業(yè)的發(fā)展注入了新的活力和動(dòng)力[3]。

3.2? 通信功能設(shè)計(jì)

在具體的設(shè)計(jì)過(guò)程中，通信功能是礦山計(jì)算機(jī)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的核心功能之一，既要通過(guò)電氣自動(dòng)化通信裝置來(lái)確保信息資源的高效準(zhǔn)確，又要將系統(tǒng)的自動(dòng)控制終端節(jié)點(diǎn)也納入其中，從而達(dá)到通信的高效與效益。在供電上，針對(duì)客戶的特殊用電要求，采取有線、無(wú)線兩種通訊模式，保證了通訊的科學(xué)、合理。當(dāng)前，有線通信中使用最多的是有線通信和電話線路通信；無(wú)線通信是一種通過(guò)常規(guī)通信設(shè)備向用戶提供智能化通信服務(wù)的一種方式[4]。

算法1著重介紹了通信的主要過(guò)程。在日常的通訊過(guò)程中，主機(jī)會(huì)定期地詢問(wèn)多個(gè)地點(diǎn)，若有多個(gè)地點(diǎn)同時(shí)收到了主機(jī)的指令，則可按照指令的內(nèi)容，將有關(guān)的資料傳回主機(jī)，從而形成了一個(gè)分布式的微機(jī)巡檢系統(tǒng)。

算法1通信主程序算法如下：

3.3? 數(shù)據(jù)傳輸功能設(shè)計(jì)

3.3? 數(shù)據(jù)傳輸功能設(shè)計(jì)

為確保有關(guān)數(shù)據(jù)安全、有效地傳送，必須使用兩個(gè)信道。雙向傳輸通信是指使用一個(gè)通信裝置，實(shí)時(shí)接收信息數(shù)據(jù)，然后安全可靠地發(fā)送到處理中心，在那里，它將按照指示信息準(zhǔn)確地控制數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程，數(shù)據(jù)的傳送對(duì)于確保數(shù)據(jù)安全非常重要，因此，對(duì)于一個(gè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)傳輸功能的設(shè)計(jì)非常重要。在設(shè)計(jì)時(shí)，首先要考慮到整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的需求，確定系統(tǒng)的傳輸裝置。根據(jù)傳送距離、傳送要求，選擇合適的傳送方式，相應(yīng)的線程也會(huì)有一些區(qū)別。數(shù)據(jù)的傳送是一個(gè)專用的執(zhí)行緒，這個(gè)執(zhí)行緒的主要作用是被演算法2所描述[5]。

算法2信息傳送線程的算法設(shè)計(jì)

1.Initiate

2.While（dataready）do

3.Loaddata

4.Compressdata

5.While（Notcompleted）do

6.Senddata

7.Endwhile

8.Endwhile

在整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)過(guò)程中，數(shù)據(jù)分析是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，它可以對(duì)終端設(shè)備軟件中的信息進(jìn)行實(shí)時(shí)的處理和分析，然后在數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行信息的傳輸，當(dāng)系統(tǒng)不能自主進(jìn)行的時(shí)候，相關(guān)的工作人員就需要對(duì)各種工作進(jìn)行及時(shí)的協(xié)調(diào)。

3.4? 監(jiān)督功能設(shè)計(jì)

在礦山生產(chǎn)過(guò)程中，電力設(shè)備的合理使用對(duì)于資源的科學(xué)開(kāi)采和管理至關(guān)重要。只有通過(guò)對(duì)電力設(shè)備的科學(xué)規(guī)劃和合理運(yùn)用，才能保證礦山資源的高效開(kāi)采和安全管理。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要充分考慮礦山的生產(chǎn)要求，結(jié)合實(shí)際情況對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行合理配置和布局，以確保整套設(shè)備的可靠、穩(wěn)定、安全運(yùn)行。這不僅能夠提高礦山生產(chǎn)效率，還能夠降低設(shè)備故障率，減少安全事故的發(fā)生，保障生產(chǎn)和工作人員的安全。該系統(tǒng)能夠?qū)ΦV井用電設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)地更新與顯示，使運(yùn)行人員能夠及時(shí)地發(fā)現(xiàn)并排除故障。比如，在系統(tǒng)顯示有指針偏離的情況下，該系統(tǒng)能自行啟動(dòng)監(jiān)測(cè)功能，使電動(dòng)機(jī)和設(shè)備的指示燈點(diǎn)亮，提示維護(hù)人員進(jìn)行相應(yīng)的維護(hù)。所以，本文提出了一種用電裝置的監(jiān)控函數(shù)，以確保用電裝置的電流穩(wěn)定，減少發(fā)生故障的可能性。

3.5? 故障診斷功能設(shè)計(jì)

長(zhǎng)期運(yùn)行的情況下，在電力系統(tǒng)中，各種類型的故障是無(wú)法避免的，為確保系統(tǒng)可靠運(yùn)行，需要對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)化診斷，并對(duì)故障類型及原因進(jìn)行追蹤與查找。在此基礎(chǔ)上，提出一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能檢測(cè)與故障診斷方法。如果有問(wèn)題出現(xiàn)時(shí)，需要運(yùn)用模糊集合的相關(guān)知識(shí)，建立多種關(guān)聯(lián)矩陣，并在此基礎(chǔ)上，結(jié)合電力系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷。另外，還應(yīng)對(duì)系統(tǒng)的故障類型、故障經(jīng)驗(yàn)等進(jìn)行分類、歸納、整理，并將這些信息存入專家系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)，供維護(hù)人員隨時(shí)查閱、調(diào)用。

3.6? 設(shè)計(jì)設(shè)備保護(hù)功能

礦井中使用的電力設(shè)備容易出現(xiàn)各種問(wèn)題，合適的保護(hù)功能對(duì)于確保設(shè)備的正常運(yùn)行至關(guān)重要。舉例來(lái)說(shuō)，如果電壓不穩(wěn)定，保護(hù)功能可以自動(dòng)將不穩(wěn)定的電壓轉(zhuǎn)換成低電壓，從而保護(hù)電力設(shè)備中的元件和傳感器。此外，保護(hù)功能還可以將部件的受影響程度降低到可控范圍內(nèi)，有效延長(zhǎng)電氣設(shè)備的使用壽命。因此，電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)的保護(hù)作用對(duì)于礦井下采煤的安全和效率具有重要意義。

3.7? 抗干擾設(shè)計(jì)

在采礦生產(chǎn)中，電力自動(dòng)控制系統(tǒng)的正常、穩(wěn)定運(yùn)行受到許多因素的影響，因此，進(jìn)行抗干擾設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)至關(guān)重要。首先，采用電磁屏蔽功能，對(duì)工作現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生的電磁干擾、靜電干擾信號(hào)逐個(gè)屏蔽，達(dá)到降低干擾電子裝置的效果。另外，專用的屏蔽設(shè)備能夠利用金屬殼體有效地屏蔽模擬信號(hào)，將 PLC控制系統(tǒng)安裝在金屬材質(zhì)的工作柜上，并且將殼體接地，這樣不僅可以防止空間輻射，還可以減少電磁脈沖以及靜電干擾對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響。在此基礎(chǔ)上，提出了一種新的解決方案，即通過(guò)合理布局，將弱電信號(hào)與強(qiáng)電信號(hào)分離開(kāi)，并對(duì)其進(jìn)行屏蔽，例如使用雙絞線等。通過(guò)本項(xiàng)目的研究，可以有效地提高礦井下電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，對(duì)煤礦安全、高效、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要意義[6]。

4.總結(jié)

科技的發(fā)展對(duì)各行業(yè)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，尤其是在礦業(yè)領(lǐng)域。人工智能技術(shù)的應(yīng)用使得礦井的電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)得到了優(yōu)化和調(diào)整，從而提高了采礦工作的效率和安全性，同時(shí)也為礦井的資源供應(yīng)提供了可靠的支持。因此，對(duì)于礦井電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化至關(guān)重要，必須根據(jù)當(dāng)前的采礦工作需求，合理地設(shè)計(jì)系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)、軟件結(jié)構(gòu)和硬件結(jié)構(gòu)，以提高礦井的智能化程度，進(jìn)而提高礦井的開(kāi)采水平。這種技術(shù)的應(yīng)用不僅提升了礦業(yè)的生產(chǎn)效率和管理水平，還為行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。因此，應(yīng)該充分認(rèn)識(shí)到人工智能技術(shù)在礦業(yè)領(lǐng)域的重要性，持續(xù)推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)礦業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型。

參考文獻(xiàn)

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作者單位：河鋼集團(tuán)礦業(yè)有限公司石人溝鐵礦