帶式輸送機(jī)智能控制系統(tǒng)架構(gòu)研究

黃志友

摘要：基于帶式輸送機(jī)構(gòu)建礦石等物料運(yùn)輸?shù)闹悄芸刂葡到y(tǒng)，可以促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)，提高生產(chǎn)效率并降低勞動(dòng)強(qiáng)度。提出了一種帶式輸送機(jī)智能控制系統(tǒng)架構(gòu)方法，描述了系統(tǒng)架構(gòu)中的智能帶式輸送機(jī)、地面綜合服務(wù)站、知識(shí)領(lǐng)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(guān)鍵詞：帶式輸送機(jī);智能控制;系統(tǒng)架構(gòu)

0? 引言

帶式輸送機(jī)廣泛應(yīng)用于礦石等物料輸送，其張緊裝置是輸送機(jī)正常啟動(dòng)、運(yùn)行的核心部件，它的自動(dòng)化控制平水決定著礦石開采運(yùn)輸效率。當(dāng)前我國銅礦等多分布在偏遠(yuǎn)山區(qū)，區(qū)域廣闊且礦井深長，每個(gè)礦區(qū)同時(shí)有多臺(tái)帶式運(yùn)輸機(jī)在協(xié)同工作，帶式輸送機(jī)的運(yùn)送負(fù)載、運(yùn)行工況和工作環(huán)境等變化范圍較大，這使得帶式輸送機(jī)必須具備大運(yùn)量、長距離、井下高可靠性和大功率等性能，對(duì)張緊裝置的控制提出了更高的要求[1]。

帶式輸送機(jī)的控制系統(tǒng)從基于固定力控制的自動(dòng)控制，逐步發(fā)展成現(xiàn)代普遍采用的自適應(yīng)控制，自適應(yīng)控制有效提高了自動(dòng)化水平，提升了控制效率。但是自適應(yīng)控制是基于傳感器數(shù)據(jù)的參數(shù)的反饋控制，對(duì)復(fù)雜多變的環(huán)境和自動(dòng)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(yīng)控制系統(tǒng)。本文提出應(yīng)用人工智能技術(shù)，構(gòu)建帶式輸送機(jī)智能控制系統(tǒng)，通過智能調(diào)節(jié)張緊裝置張緊力的，實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的智能控制，提高礦石開采等輸送經(jīng)濟(jì)效率。

1? 帶式輸送機(jī)智能化的意義

1.1 提高智能化水平，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)

智能控制系統(tǒng)的是以知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)的擬人控制系統(tǒng)，具備感知和認(rèn)知、在線規(guī)劃和學(xué)習(xí)、推理決策和多執(zhí)行機(jī)構(gòu)協(xié)同等能力[2]。帶式輸送機(jī)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(yīng)環(huán)境，自動(dòng)完成復(fù)雜的控制工作，并將執(zhí)行的控制指令，環(huán)境參數(shù)和執(zhí)行響應(yīng)情況記錄下來，融入專家決策系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)自學(xué)習(xí)與提升。智能控制融合應(yīng)用了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)，是智能化和產(chǎn)業(yè)升級(jí)的重要標(biāo)志。

1.2 提高生產(chǎn)效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度

智能控制是人工智能重要的應(yīng)用領(lǐng)域，推動(dòng)著控制技術(shù)的變革和發(fā)展。智能控制將人的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)直接應(yīng)用于控制過程，并不斷自學(xué)習(xí)積累，實(shí)現(xiàn)在無人干預(yù)的情況下自主地驅(qū)動(dòng)智能設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，達(dá)到控制目標(biāo)的，是多源信息融合、人工智能、信息網(wǎng)絡(luò)和控制論等學(xué)科的交叉。通過人與智能設(shè)備的協(xié)同合作，擴(kuò)大、拓展，智能控制系統(tǒng)可以部分取代人工在控制過程中的腦力或體力勞動(dòng)。

2? 智能控制系統(tǒng)構(gòu)架

帶式輸送機(jī)智能控制系統(tǒng)是由帶式輸送機(jī)和應(yīng)用專家共同組成的人機(jī)一體化智能系統(tǒng)，它在控制過程中能進(jìn)行智能執(zhí)行控制活動(dòng)，完成分析、推理、判斷、構(gòu)思和決策等。帶式輸送機(jī)智能控制系統(tǒng)由帶式輸送機(jī)、人機(jī)交互計(jì)算機(jī)、決策數(shù)據(jù)庫、通信網(wǎng)絡(luò)和各類知識(shí)領(lǐng)域庫組成。在帶式輸送機(jī)智能控制系統(tǒng)建設(shè)時(shí)，可將決策數(shù)據(jù)庫、人機(jī)交互計(jì)算機(jī)和知識(shí)領(lǐng)域庫等集成到地面綜合服務(wù)站，構(gòu)建的帶式輸送機(jī)智能控制系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1中矩形框?yàn)橹悄芸刂葡到y(tǒng)的實(shí)體設(shè)備，柱形框?yàn)樘摂M知識(shí)領(lǐng)域，典型的知識(shí)領(lǐng)域有故障知識(shí)庫和決策知識(shí)庫等。實(shí)心箭頭表示控制系統(tǒng)運(yùn)行的數(shù)據(jù)流，空心箭頭示意網(wǎng)絡(luò)通信鏈路。橢圓框表示智能控制系統(tǒng)執(zhí)行的分析、處理、運(yùn)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(jī)

基于智能控制系統(tǒng)的帶式輸送機(jī)是一種智能化的設(shè)備，通過傳動(dòng)電機(jī)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(wù)。完整的智能帶式輸送機(jī)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(shù)據(jù)的分析及做出相應(yīng)的響應(yīng)。

2.2 地面綜合服務(wù)站

地面綜合服務(wù)站是帶式輸送機(jī)智能控制系統(tǒng)的重要組成部分，完成對(duì)智能帶式輸送機(jī)、物料及數(shù)據(jù)鏈的狀態(tài)監(jiān)視和操作控制[3]。地面綜合服務(wù)站通過遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)鏈路與智能帶式輸送機(jī)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，通過地面綜合服務(wù)站中的人機(jī)界面，使操作員實(shí)現(xiàn)對(duì)智能帶式輸送機(jī)工作狀態(tài)、皮帶載荷狀態(tài)的規(guī)劃、監(jiān)視，并實(shí)現(xiàn)必要時(shí)的干預(yù)和決策。

2.3 知識(shí)領(lǐng)域庫

知識(shí)領(lǐng)域庫是智能控制系統(tǒng)高效運(yùn)行的數(shù)據(jù)支撐和決策基礎(chǔ)，主要包括故障知識(shí)庫和決策知識(shí)庫。帶式輸送機(jī)在多變的環(huán)境條件下工作，其故障具有多樣性和復(fù)雜性。故障識(shí)別是故障專家知識(shí)庫的構(gòu)建并知識(shí)規(guī)則化，在自身復(fù)雜系統(tǒng)及外部復(fù)雜環(huán)境下的故障檢測，并針對(duì)檢測的故障依據(jù)故障專家知識(shí)庫進(jìn)行故障識(shí)別，按照預(yù)設(shè)的評(píng)判體系決策。智能控制決策知識(shí)中專家系統(tǒng)知識(shí)全面性與準(zhǔn)確性，決策指令的可靠性與可信度，評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)的邏輯合理性時(shí)效性與可執(zhí)行性和評(píng)判規(guī)則與決策結(jié)果等是智能控制決策的難點(diǎn)[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(shè)備。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理和傳輸方法很難滿足帶式輸送機(jī)智能化需，要充分利用多源信息復(fù)用機(jī)制，將來自不同信源的大容量信息在地面綜合服務(wù)站構(gòu)建混合數(shù)據(jù)流并時(shí)時(shí)復(fù)用。采用多源信息處理架構(gòu)設(shè)計(jì)，利用帶式輸送機(jī)上所有傳感器獲取運(yùn)行狀態(tài)信息，而后通過有線或無線接入至地面綜合服務(wù)站，完成運(yùn)行信息檢測及特征提取，在領(lǐng)域知識(shí)的指導(dǎo)以及相關(guān)數(shù)據(jù)庫支持下，運(yùn)用信息融合算法，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測與識(shí)別信息的顯示，以及輸送任務(wù)的監(jiān)控和引導(dǎo)。

3? 展望

智能控制系統(tǒng)應(yīng)用是人工智能技術(shù)從理論走向工程應(yīng)用的必由之路，加快推進(jìn)智能控制系統(tǒng)在各行業(yè)的應(yīng)用拓展是面向未來科技，服務(wù)于經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要重要舉措。針對(duì)銅礦等開采作業(yè)特點(diǎn)，可以以帶式輸送機(jī)的控制為切入點(diǎn)，探索構(gòu)建礦石開采業(yè)遠(yuǎn)程的應(yīng)用型的能控制系統(tǒng)，加速產(chǎn)業(yè)升級(jí)與轉(zhuǎn)型。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊張利.農(nóng)機(jī)作業(yè)履帶式行走張緊系統(tǒng)的自適應(yīng)控制策略[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2019（4）：156-160.

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

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