礦山人工智能自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

趙文寶

（中鐵十九局集團(tuán)礦業(yè)投資有限公司，北京 100161）

0 引言

近幾年來(lái)，我國(guó)科技水平不斷提高下，人工智能技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，憑借著自身較強(qiáng)的自主能力、學(xué)習(xí)能力、處理能力和控制能力等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于礦山計(jì)算機(jī)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，不僅可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)故障的自動(dòng)化排查和解決，還能保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性，為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)化采集以及礦井的智能化生產(chǎn)提供重要技術(shù)支持。因此，在人工智能技術(shù)的應(yīng)用背景下，如何科學(xué)設(shè)計(jì)礦山計(jì)算機(jī)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)是技術(shù)人員必須思考和解決的問(wèn)題。

1 人工智能技術(shù)簡(jiǎn)介

人工智能技術(shù)作為一種新型的高科技技術(shù)，將系統(tǒng)研究、系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、系統(tǒng)模擬等集合成統(tǒng)一整體，通過(guò)借助計(jì)算編程的方式，可以實(shí)現(xiàn)指令的準(zhǔn)確下達(dá)，然后借助計(jì)算機(jī)對(duì)人類大腦進(jìn)行模擬，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)信息數(shù)據(jù)的及時(shí)收集和整理，并向用戶提供相應(yīng)的反饋信息[1]。目前人工智能技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于自動(dòng)化儀表、機(jī)器人控制等領(lǐng)域中，為提高生產(chǎn)的安全性和可靠性打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能效果，提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，技術(shù)人員要根據(jù)圖1 設(shè)計(jì)系統(tǒng)的核心功能。

圖1 礦山計(jì)算機(jī)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)

2.1 礦山電氣控制功能設(shè)計(jì)

作為礦山計(jì)算機(jī)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的主要組成部分，礦井電氣設(shè)備的控制功能主要使用了人工智能技術(shù)中的兩大核心技術(shù)，一種是模糊控制技術(shù)，另一種是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。其中，模糊控制技術(shù)主要是指通過(guò)采用模糊分析的方式對(duì)指令語(yǔ)言進(jìn)行分析和處理，在這個(gè)過(guò)程中需要借助模糊模型將指令語(yǔ)言傳輸?shù)街付ǖ碾姎庠O(shè)備，由電氣設(shè)備對(duì)這些指令語(yǔ)言進(jìn)行統(tǒng)一化處理[2]；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為一種重要的指令處理技術(shù)，主要是指針對(duì)模糊模型所識(shí)別處理的指令內(nèi)容，完成對(duì)指令反饋數(shù)據(jù)的計(jì)算和整理。通過(guò)綜合使用模糊控制技術(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以保證礦山電氣控制功能的實(shí)現(xiàn)效果。

2.2 通信功能設(shè)計(jì)

作為礦山計(jì)算機(jī)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的重要功能，通信功能在具體的設(shè)計(jì)中不僅需要借助電氣自動(dòng)化通信設(shè)置，保證信息資源傳輸?shù)母咝院途_性，還要綜合考慮系統(tǒng)自動(dòng)化控制終端節(jié)點(diǎn)問(wèn)題，盡可能提高通信效率和效果[3]。在電力部分的設(shè)計(jì)期間，根據(jù)用戶的實(shí)際用電需求采用有線通信和無(wú)線通信相結(jié)合的方式，確保通信的合理性和科學(xué)性。目前，有線通信方式最為常用，主要包含兩種類型，一種是專線通信方式，另一種是電話線通信方式；而無(wú)線通信主要是指通過(guò)借助普通電臺(tái)，根據(jù)智能通信設(shè)置需求，為用戶提供智能化通信服務(wù)。

有線通信方式主要適用于電氣負(fù)荷管控領(lǐng)域中，有成本投入量較低的特點(diǎn)，但是由于缺乏一定的穩(wěn)定性、可靠性和時(shí)效性，無(wú)法直接應(yīng)用于配電終端系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，因?yàn)?，配電終端系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)整體穩(wěn)定性和可靠性要求較高[4]。而無(wú)線通信方式不僅可以保證智能通信的傳輸效率，還能進(jìn)一步提高通信傳輸?shù)姆€(wěn)定性、安全性和精確性。此外，通過(guò)利用無(wú)線通信方式，用戶可以根據(jù)自身實(shí)際需求，選擇相應(yīng)的路由功能，還能利用電網(wǎng)資源，及時(shí)追蹤和管控整個(gè)通信過(guò)程，確保通信過(guò)程的安全性和可靠性，并成功設(shè)置穩(wěn)定性較高的配電終端。但無(wú)線通信方式的弊端是成本較高，系統(tǒng)在日常的運(yùn)行中需要借助主線程，對(duì)多個(gè)系統(tǒng)串口進(jìn)行初始化操作，同時(shí)，通過(guò)借助通信線程對(duì)整個(gè)串口通信過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，不僅可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)通信故障問(wèn)題，還能將通信故障信息上傳到主線程（主線程主要負(fù)責(zé)對(duì)串口相關(guān)信息數(shù)據(jù)的讀寫處理）[5]。當(dāng)主線程與通信線程之間建立良好、穩(wěn)定的溝通關(guān)系時(shí)，主線程不用再次接收信息就能撤銷信息發(fā)送指令。

算法1 重點(diǎn)描述了主程序的整個(gè)通信過(guò)程。在進(jìn)行日常通信期間，主通信站向多個(gè)不同的站點(diǎn)進(jìn)行輪回咨詢，一旦多個(gè)站點(diǎn)同時(shí)接收主站點(diǎn)發(fā)出的命令，就可以根據(jù)命令內(nèi)容，將相關(guān)數(shù)據(jù)返回到指定的主站點(diǎn)，以完成對(duì)分布式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

算法1 通信主程序算法如下：

2.3 數(shù)據(jù)傳輸功能設(shè)計(jì)

為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院透咝裕枰捎秒p向傳輸數(shù)據(jù)的方式，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。雙向傳輸通信主要是指通過(guò)利用通信設(shè)備，實(shí)時(shí)接收信息數(shù)據(jù)，并將其安全、可靠地傳輸?shù)教幚碇行?，由處理中心根?jù)指令消息，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程的精確化控制，所以數(shù)據(jù)傳輸在保證數(shù)據(jù)安全性方面具有重要意義，技術(shù)人員要重視對(duì)數(shù)據(jù)傳輸功能的設(shè)計(jì)。該功能在具體的設(shè)計(jì)中，首次要根據(jù)整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)督需求，完成對(duì)系統(tǒng)傳輸設(shè)備的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)傳輸設(shè)備主要包含兩大核心組成部分，分別是電纜、視頻光纜。根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸距離和傳輸需求，選用合適的數(shù)據(jù)傳輸方式，避免信息數(shù)據(jù)出現(xiàn)傳輸不及時(shí)、傳輸異常等問(wèn)題。數(shù)據(jù)傳輸類型不同，所對(duì)應(yīng)的線程也存在一定差異[6]。

2.4 監(jiān)督功能設(shè)計(jì)

在具體的設(shè)計(jì)中，監(jiān)督功能需要根據(jù)礦山開(kāi)采需求，通過(guò)合理利用電氣設(shè)備，完成對(duì)礦山資源的科學(xué)開(kāi)采和管理，確保整個(gè)電氣設(shè)備能夠可靠、穩(wěn)定、安全地運(yùn)行。系統(tǒng)顯示器可以實(shí)時(shí)更新和顯示礦山電氣設(shè)備的實(shí)際電流變化情況，便于操作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決電氣設(shè)備電流不穩(wěn)定問(wèn)題。例如：當(dāng)系統(tǒng)顯示器出現(xiàn)指針偏移問(wèn)題時(shí)，系統(tǒng)可以自動(dòng)啟動(dòng)自身的監(jiān)督功能，亮起電機(jī)設(shè)備的指示燈，提醒維修人員開(kāi)展相關(guān)維修工作。因此，通過(guò)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的監(jiān)督功能，可以保證電氣設(shè)備電流的穩(wěn)定性[7]，降低電氣設(shè)備故障出現(xiàn)概率。

2.5 故障診斷功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)經(jīng)常長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，難免會(huì)遇到各種故障或問(wèn)題，為了確保系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)用自身的故障診斷功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障種類、故障原因的追蹤和查找，以保證故障診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性。故障診斷功能在具體的設(shè)計(jì)中，需要借助神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和模糊控制技術(shù)等人工智能技術(shù)，對(duì)系統(tǒng)故障進(jìn)行智能化檢測(cè)和診斷。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)運(yùn)行異常問(wèn)題時(shí)，為了保證該故障問(wèn)題解決的高效性，技術(shù)人員必須要利用模糊集理論知識(shí)，創(chuàng)建多個(gè)關(guān)系矩陣，然后借助電氣系統(tǒng)，開(kāi)展系統(tǒng)故障診斷工作。此外，還要分類總結(jié)和整理系統(tǒng)故障類別、診斷經(jīng)驗(yàn)等內(nèi)容，并將其存儲(chǔ)于專家知識(shí)庫(kù)中，便于維修人員及時(shí)查看和調(diào)用。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，人工智能技術(shù)作為一種先進(jìn)、新型的高科技技術(shù)，廣泛地應(yīng)用于人們生活的方方面面，為人們的生活提供了極大便利，同時(shí)還促進(jìn)社會(huì)的穩(wěn)定、和諧發(fā)展。而礦山計(jì)算機(jī)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)在具體的設(shè)計(jì)中，通過(guò)使用人工智能技術(shù)，不僅可以提高礦井的生產(chǎn)效率和效果，還能縮小財(cái)力成本、人力成本、物力成本，為實(shí)現(xiàn)相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益的最大化，促進(jìn)企業(yè)的健康、可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮出重要作用。與傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)相比，通過(guò)利用人工智能技術(shù)所設(shè)計(jì)的礦山計(jì)算機(jī)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)，不僅可以為用戶提供科學(xué)合理的決策，還能降低外界因素的影響程度，以更好地提高礦井生產(chǎn)的可靠性和持續(xù)性。