礦山智能化技術在機械工程自動化中的應用研究

何成群

（靈寶黃金集團股份有限公司，河南 靈寶 472500）

1 智能化技術和機械工程自動化的概述

智能化技術又被稱為人工智能，它是通過計算機科學技術和互聯(lián)網(wǎng)科學技術的不斷進步而產(chǎn)生的智能化技術。在現(xiàn)實應用中，智能技術可以利用對人腦的模擬，具備機器學習、知識圖譜、自然語言處理、人機交互、計算機視覺等多種功能，從而可以讓人們的各種使用需求得到充分的體現(xiàn)和滿足。特別是在信息社會，通過對知識、信息和數(shù)據(jù)3 個層面進行的分析，可以通過信息來表示知識，通過數(shù)據(jù)來表示信息，進而讓智慧技術可以對知識進行多種方式的獲得，為人類的工作和生活帶來更為方便和有效的服務。機械工程自動化是一門集機械、電子和信息技術于一身的綜合學科，它可以使機械設備進行自動作業(yè)，提高作業(yè)的品質和速度，降低作業(yè)中出現(xiàn)的錯誤。目前，在機械工程中使用的自動化技術，主要有柔性自動化技術、集成自動化技術等。利用這些技術，可以為我們的制造業(yè)提供更多的幫助，從而提高我們的制造業(yè)自動化程度。

2 礦山智能化技術的應用原則

（1）可靠性。礦山開采工作需在穩(wěn)定且可靠的環(huán)境下才能實現(xiàn)長時間連續(xù)性的礦石開采，因此對于智能化技術的應用，應首先注意對系統(tǒng)設計穩(wěn)定性可靠性的保障，這就需要相關單位對系統(tǒng)的設計需要確保系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)格式、通信接口、通信協(xié)議等均滿足國家行業(yè)標準，并注重壓縮軟件設計體量，縮短系統(tǒng)運行響應時間，以保障緊急狀態(tài)下的系統(tǒng)應用。

（2）互聯(lián)性。礦石開采生產(chǎn)涉及礦石開采、運輸、地面生產(chǎn)等多個環(huán)節(jié)，需要涉及多類電子設備和機械設備，因此對于智能化技術系統(tǒng)的設計建設不應以單一功能的實現(xiàn)為基礎，而是應當確保系統(tǒng)建設具備高度互聯(lián)性，能夠實現(xiàn)對礦山開采生產(chǎn)中數(shù)據(jù)采集、視頻監(jiān)控、信息聯(lián)動等多功能的支持，實現(xiàn)對傳統(tǒng)礦山開采中信息孤島問題的消除，最大限度地促進礦山開采生產(chǎn)各階段各項工作的科學對接和無縫銜接。

（3）覆蓋性。礦山生產(chǎn)在實際工作中涉及地下地面兩大開采生產(chǎn)場景，實際工作中涉及人力、能源、設備、產(chǎn)能等多項控制要素，應用技術設備中涉及開采、運輸、分揀等多項設備系統(tǒng)，因此對于智能化技術的應用，應注意實現(xiàn)各環(huán)境、元素、對象的覆蓋，以全覆蓋的系統(tǒng)設計實現(xiàn)高質量的生產(chǎn)開采管理。

（4）可視性。智能化技術及其相關系統(tǒng)，作為具備智能處理和信息管控能力的系統(tǒng)，在設計建設中應注意對科學合理人機交互界面的設計，以便于生產(chǎn)人員對各系統(tǒng)部分、設備環(huán)節(jié)以及能源資源的可視化管控，其中實時監(jiān)控、歷史回放、監(jiān)控存儲等功能都應予以建設，以此最大限度地保障設備運行的高質量高水平。

3 礦山智能化技術在機械工程自動化中的應用優(yōu)勢

3.1 數(shù)據(jù)處理效率高

智能技術的特點是對信息主動地采集，并對其進行自動化的加工，其最大的特點就是高效的加工。使用智能科技可以減少資料的處理，也可以提高資料的準確性。另外，在使用智能化技術時，也可以將數(shù)據(jù)表現(xiàn)為文本和屏幕的方式，當智能技術在使用時，對圖像有較高的需求時，智能化的自動化技術還可以將圖像由靜態(tài)轉化為動態(tài)，從而使得數(shù)據(jù)信息的顯示更直接。根據(jù)上述論述，我們可以得出結論，在使用智能技術時，可以將資料以各種方式展現(xiàn)出來，從而為資料的處理工作帶來更大的方便。

3.2 數(shù)據(jù)處理精度高

從目前國內(nèi)智能技術的發(fā)展情況來看，在將其與智能技術進行融合的時候，通常都是使用CPU 芯片或RISC芯片來進行操作，因此，對智能技術的處理效率有了顯著的提升。此外，當前國內(nèi)的智能技術在使用的時候，可以多個CPU 進行工作，因此，可以顯著提高處理的準確性，提高了工作效率。

4 礦山智能化技術在機械工程自動化中的應用

4.1 智能化故障診斷

4.1.1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡方法

礦山智能化技術在機械工程領域的運用，可以實現(xiàn)對礦山的智能化診斷，而人工神經(jīng)網(wǎng)絡方法是一種非常有效的方法。該算法通過仿真人類大腦的神經(jīng)系統(tǒng)，來達到對各種問題的迅速辨識和解決的目的。在一個機器裝備出現(xiàn)了問題后，它在振動的時候，會釋放出一些不一樣的信號，而神經(jīng)網(wǎng)絡就是根據(jù)這些信號的辨識結果，來對其進行判定，并且在神經(jīng)網(wǎng)絡中構建起了一個故障的模型，經(jīng)過長時間的培訓，可以消除對故障診斷效果產(chǎn)生不利的因素，并且在培訓結束后，再把這些數(shù)據(jù)再一次地輸入進去，在對這些數(shù)據(jù)進行了解析之后，可以為網(wǎng)絡的運行情況做出相應的調(diào)整，從而達到了對整個系統(tǒng)進行自動的故障診斷的目的，基于神經(jīng)網(wǎng)絡的煤礦安全監(jiān)控，就是一個很好的例子。該體系以光伏技術作為系統(tǒng)的承載主體，由兩大模塊組成：一是硬件部分；二是軟件部分。該探測體系利用了光伏技術，利用太陽能面板將光能轉換成電量，并將其儲存在貯電池中，監(jiān)控工作的供電情況，利用驅動器監(jiān)控體系完成對信號的收集。利用CCD 攝像機拍攝下的礦山真實狀況，并在液晶屏幕上實時地展示被測對象的各項指標。該裝置以AR單片機為中心，以液晶顯示模塊、蓄電池模塊、自動加速模塊、氣體傳感器等為主要功能模塊。

4.1.2 專家系統(tǒng)

在智能化的發(fā)展過程中，專家系統(tǒng)起到了很大的推動和發(fā)展智能化技術的發(fā)展。該系統(tǒng)由知識庫，推理引擎，以及人機交互界面構成。該體系中的知識表示需要運用電腦生成式法則，并通過AI 的方式來實現(xiàn)，以保證其與人類思維的邏輯性相符合。在技術應用中，推理邏輯和推理模型，是技術應用的基礎，專家系統(tǒng)在工作的過程中，可以通過對模糊系統(tǒng)和推理邏輯的應用，實現(xiàn)系統(tǒng)故障的有效診斷。在煤礦智慧化的過程中，專家系統(tǒng)起到了非常關鍵的作用，它是提高煤礦智慧化程度、促進煤礦智慧化和煤炭資源開發(fā)的關鍵技術。在智能化技術中，可以用專家?guī)靵韺＜疫M行構建，從而達到了智能化的目的，專家?guī)彀ㄋ懔υO施、算法庫和知識庫等。能夠在煤礦的智能化施工過程中，完成整體的智能化控制，控制中心是一個人機協(xié)同的接口。其中，感知網(wǎng)絡、骨干網(wǎng)絡等構成了一個重要的信息系統(tǒng)，這些系統(tǒng)可以完成對信息的收集和傳送，為制定智能的政策和政策奠定基礎。由邊緣計算資源與云計算共同構成的運算能力，可實現(xiàn)對收集的各結點的實時處理，減少網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳送。對數(shù)據(jù)發(fā)掘中的數(shù)據(jù)進行了整合，提高了利用效果。在具體的使用過程中，可以實現(xiàn)對裝備的智能化的診斷，利用諸如智能綜掘法等一些高級的算法，可以對裝備的缺陷進行實時的檢測。智慧礦山的核心是構建一個能夠對礦井內(nèi)所有的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一的處理和分析的大的系統(tǒng)，同時還可以構建出智能巡檢和決策指揮等多個小的系統(tǒng)來完成各種工作。隨著人們在工作和生活中的不斷累積，智慧礦井的應用平臺在數(shù)據(jù)、算力、算法和知識的支撐下，對目前的情況進行了反饋，實現(xiàn)了自身的學習和進化，使其越來越智慧。

4.1.3 故障診斷步驟

在運用智能化技術來解決問題故障時，需要遵循一些程序。（1）收集有關對象的資料。傳感器是獲得對象的重要途徑，常用的傳感器包括開關位置傳感器、母線的溫度傳感器等，還可以選擇特征量如零序的電流。（2）求出質量函數(shù)。概率論是計算質量函數(shù)的方法。通過該方法能有效簡化計算過程，最后能歸一化全部假設的概率，確保其能符合質量函數(shù)要求。（3）信息融合處理。我充分利用信息需做好信息融合處理，對每個傳感器上的信息進行獲取與融合，合并不同特征信息。（4）制定目標。決策邏輯是判定目標類別的重要手段。

4.2 自動化生產(chǎn)

將礦山智能技術運用到機械工程自動化中，要能夠對提高機械裝備的自動化程度起到作用，以保證能夠達到其自動化的生產(chǎn)要求。

（1）集成化應用。所謂的自動化，實際上就是將靈活的生產(chǎn)方法用于機械裝備，使其可以將生產(chǎn)的過程進行數(shù)字化。信息化是實現(xiàn)一體化生產(chǎn)的重要手段，它可以極大地提高生產(chǎn)的品質和生產(chǎn)效率。

（2）自動化柔性應用。在機械制造與生產(chǎn)方面，需要具有一種具有綜合管理的技能，在這些技能中柔性自動化技術，可以構造出一種可視化的人機接口，利用對這些數(shù)據(jù)進行集成和運用，可以給公司帶來很好的服務和協(xié)助。

（3）智能制造。為了減少生產(chǎn)中出現(xiàn)的錯誤，對機器裝備的生產(chǎn)工藝提出了更高的要求。采用了一種基于數(shù)控PID 的智能化校正裝置，該裝置通過安裝在裝置上的感應器，能夠高效地采集各種信息，經(jīng)過分析和放大，再傳送到傳動裝置。糾偏系統(tǒng)組件定位是通過驅動器實現(xiàn)的。對比收集來的信號與設定信號，然后對糾偏量進行確定，電動驅動器在獲取信號后快速開啟糾偏行為。以礦井安全輔助系統(tǒng)為例，主要是由通訊系統(tǒng)、工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)、大屏幕顯示系統(tǒng)等組成，下面就主要介紹這3 個系統(tǒng)：①通訊系統(tǒng)。有了WIFI 通信技術，即使是在有干擾的情況下，也能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。最高帶寬達到11Mb，通信距離達到305m。與常規(guī)通信模式不同，它的信號范圍更廣，直徑覆蓋可達700m，其中有線信號最大可達54Mb，有線信號最大可達100Mb。②工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)。本裝置分為井上井下兩個部分，井上部分主要安裝于廠房等區(qū)域，井下主要安裝于巷道等區(qū)域。③大屏幕顯示系統(tǒng)。歐、美國家的顯示器體系是一種高質量、高可靠性的一體化的數(shù)字顯示器。

4.3 智能管理

在對機器裝備進行控制和管理的過程中，既要保證其精度和可靠性，又要提高其智能的程度。采用礦山智能技術，可實現(xiàn)全機操作，不需要人工操作。智能機器設備的管理包括以下內(nèi)容。

（1）設備基本信息。在進行智能管理的同時，需要在系統(tǒng)中擁有設備的內(nèi)在信息，例如，設備型號、名稱、運行時間等。

（2）裝備的維護。在這個智慧的服務終端中，可以獲得關于該設備的維護的詳細情況，當在機器設備發(fā)生了問題之后，還可以利用智能化技術，來達到對其進行智能化的管理。在接到報修的消息后，該服務終端的維護工作人員可以馬上針對這些問題展開有針對性地維護和解決。

（3）設備保養(yǎng)。在機器的維護工作中，需要根據(jù)維護工作的進度表來完成維護工作，維護工作是由系統(tǒng)完成的。在該系統(tǒng)中可以設定裝備維修的方案和規(guī)定，并在服務者的終端上獲取維修的資料，這樣維修人員就可以事先知道維修的具體情況，并根據(jù)維修的需要來實施維修，并且還可以在之后對維修的具體情況進行檢驗。

（4）對裝備進行巡查。利用該體系對裝備的點檢方案進行了管理，利用該體系對裝備進行巡視，并將這些檢查結果及時地反饋給了服務端，以便對其進行存儲、分析和報警等。

4.4 生產(chǎn)綜合監(jiān)控

生產(chǎn)綜合監(jiān)控系統(tǒng)是智能礦山建設的重要支撐，該系統(tǒng)主要是通過遠程監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析、智能聯(lián)動等功能的應用，實現(xiàn)系統(tǒng)建設和運行中，對礦山日常工作涉及各項機電設備的智能化控制和連續(xù)性檢測，進而達到無人值守或少人值守的礦山生產(chǎn)需求。生產(chǎn)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的構建采取面向屬性對象技術，在實際的技術應用中，以操作、管理等為一體進行所有受控對象及其相關信息的綜合繼承，并通過屬性鏈接、定制化工作界面以及安全管控等，進行信息的準確性明確以及判斷正確性的落實。而為了提升系統(tǒng)涉及的兼容性，能夠實現(xiàn)對當下礦山建設需求的滿足以及未來礦山智能化擴展需求的適應，在實際的系統(tǒng)建設中一般采取C/S 和B/S 相結合的分布式架構，其中C/S 架構一般適用于進行遠程控制和技術支持的工程師站，B/S 技術一般用于基礎管理和決策的管理層決策層等。而基于上述系統(tǒng)的架構設計以及對各種數(shù)據(jù)信息的讀取應用，智能礦山的生產(chǎn)綜合監(jiān)控系統(tǒng)一般還以統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫建設進行資源數(shù)據(jù)的獲取、存儲和分享，實現(xiàn)基于統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)資源共享，再結合支持多種協(xié)議的可視化操作界面，最終可以實現(xiàn)對生產(chǎn)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的可視化操作和控制。

5 結語

礦山智能化技術在機械工程自動化中的應用，是行業(yè)發(fā)展的必然要求，機械工程自動化水平的提升，要利用礦山智能技術的科學運用。礦山智能技術能在故障智能診斷、自動化生產(chǎn)及智能化管理中發(fā)揮其積極作用，全面提升機械工程的運行質量與效率。