冶金礦山智能化控制系統(tǒng)設(shè)計研究

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)一等問題，本項目采用人工智能技術(shù)，對礦井電氣自動化控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計，在總結(jié)出系統(tǒng)設(shè)計遵循穩(wěn)定性、擴展性等原則的前提下，將數(shù)據(jù)庫技術(shù)、多線程編程等技術(shù)相結(jié)合，對此系統(tǒng)配置的功能進(jìn)行了較為詳盡的闡述，并對其今后的發(fā)展方向進(jìn)行了預(yù)測，希望能夠為同類領(lǐng)域的研究提供借鑒。

關(guān)鍵詞：人工智能技術(shù)；電氣自動化；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，礦山自動化控制系統(tǒng)不再局限于簡單的遠(yuǎn)程監(jiān)控和操作，開始向智能化、自適應(yīng)化方向發(fā)展，這不僅為礦山生產(chǎn)帶來了新的機遇，也給礦山自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計帶來了新的挑戰(zhàn)。因此，需要深入研究智能化趨勢對礦山自動化控制系統(tǒng)設(shè)計的影響，以及如何應(yīng)對這些影響。

1.人工智能技術(shù)簡介

人工智能技術(shù)是指利用計算機科學(xué)和工程的理論和方法，對人類智能的一種模擬。它是一種新興的技術(shù)，涉及到機器學(xué)習(xí)、自然語言處理、圖像識別、智能機器人等多個領(lǐng)域。人工智能技術(shù)的發(fā)展，對于改變?nèi)祟惿鐣詈凸ぷ鞣绞骄哂兄卮笠饬x。

人工智能在醫(yī)療、金融、交通、制造等各個領(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)險評估和投資決策中，可以有效地提升銀行的運作效率。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、智能駕駛等各個領(lǐng)域，提高交通運輸?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)線的自動化控制、質(zhì)量檢測等方面，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

2.設(shè)計電氣自動化控制系統(tǒng)遵循原則

設(shè)計礦山電氣自動化控制系統(tǒng)是一項復(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)計這樣的系統(tǒng)時，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)計礦山電氣自動化控制系統(tǒng)時，需要遵循安全第一的原則。礦山作為一個特殊的工作場所，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)計礦山電氣自動化控制系統(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)計礦山電氣自動化控制系統(tǒng)還需要考慮到系統(tǒng)的靈活性和可擴展性。礦山生產(chǎn)過程中，可能會出現(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展性，能夠方便地進(jìn)行修改和升級，以適應(yīng)生產(chǎn)的變化[2]。

3.系統(tǒng)功能設(shè)計

為更好地發(fā)揮該系統(tǒng)的作用，增強其工作的穩(wěn)定性和可靠性，工程師應(yīng)按照圖1對其進(jìn)行設(shè)計。

3.1? 礦山電氣控制功能設(shè)計

該控制系統(tǒng)的采用，展現(xiàn)了礦山行業(yè)對先進(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)對復(fù)雜指令的適應(yīng)能力。同時，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算與整理功能，進(jìn)一步增強了系統(tǒng)的智能化水平。

通過模糊控制與神經(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)的運用，不僅為礦山行業(yè)的自動化控制帶來了新的可能，也為行業(yè)的發(fā)展注入了新的活力和動力[3]。

3.2? 通信功能設(shè)計

在具體的設(shè)計過程中，通信功能是礦山計算機電氣自動化控制系統(tǒng)的核心功能之一，既要通過電氣自動化通信裝置來確保信息資源的高效準(zhǔn)確，又要將系統(tǒng)的自動控制終端節(jié)點也納入其中，從而達(dá)到通信的高效與效益。在供電上，針對客戶的特殊用電要求，采取有線、無線兩種通訊模式，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；無線通信是一種通過常規(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程。在日常的通訊過程中，主機會定期地詢問多個地點，若有多個地點同時收到了主機的指令，則可按照指令的內(nèi)容，將有關(guān)的資料傳回主機，從而形成了一個分布式的微機巡檢系統(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

3.3? 數(shù)據(jù)傳輸功能設(shè)計

為確保有關(guān)數(shù)據(jù)安全、有效地傳送，必須使用兩個信道。雙向傳輸通信是指使用一個通信裝置，實時接收信息數(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)傳輸過程，數(shù)據(jù)的傳送對于確保數(shù)據(jù)安全非常重要，因此，對于一個技術(shù)人員來說，數(shù)據(jù)傳輸功能的設(shè)計非常重要。在設(shè)計時，首先要考慮到整個監(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)的線程也會有一些區(qū)別。數(shù)據(jù)的傳送是一個專用的執(zhí)行緒，這個執(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

1.Initiate

2.While（dataready）do

3.Loaddata

4.Compressdata

5.While（Notcompleted）do

6.Senddata

7.Endwhile

8.Endwhile

在整個系統(tǒng)的監(jiān)測過程中，數(shù)據(jù)分析是一個重要的環(huán)節(jié)，它可以對終端設(shè)備軟件中的信息進(jìn)行實時的處理和分析，然后在數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行信息的傳輸，當(dāng)系統(tǒng)不能自主進(jìn)行的時候，相關(guān)的工作人員就需要對各種工作進(jìn)行及時的協(xié)調(diào)。

3.4? 監(jiān)督功能設(shè)計

在礦山生產(chǎn)過程中，電力設(shè)備的合理使用對于資源的科學(xué)開采和管理至關(guān)重要。只有通過對電力設(shè)備的科學(xué)規(guī)劃和合理運用，才能保證礦山資源的高效開采和安全管理。在設(shè)計過程中，需要充分考慮礦山的生產(chǎn)要求，結(jié)合實際情況對電力設(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)備的實際運行狀態(tài)進(jìn)行實時地更新與顯示，使運行人員能夠及時地發(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)能自行啟動監(jiān)測功能，使電動機和設(shè)備的指示燈點亮，提示維護人員進(jìn)行相應(yīng)的維護。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

長期運行的情況下，在電力系統(tǒng)中，各種類型的故障是無法避免的，為確保系統(tǒng)可靠運行，需要對其進(jìn)行自動化診斷，并對故障類型及原因進(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)的智能檢測與故障診斷方法。如果有問題出現(xiàn)時，需要運用模糊集合的相關(guān)知識，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)對系統(tǒng)的故障類型、故障經(jīng)驗等進(jìn)行分類、歸納、整理，并將這些信息存入專家系統(tǒng)的知識庫，供維護人員隨時查閱、調(diào)用。

3.6? 設(shè)計設(shè)備保護功能

礦井中使用的電力設(shè)備容易出現(xiàn)各種問題，合適的保護功能對于確保設(shè)備的正常運行至關(guān)重要。舉例來說，如果電壓不穩(wěn)定，保護功能可以自動將不穩(wěn)定的電壓轉(zhuǎn)換成低電壓，從而保護電力設(shè)備中的元件和傳感器。此外，保護功能還可以將部件的受影響程度降低到可控范圍內(nèi)，有效延長電氣設(shè)備的使用壽命。因此，電氣自動控制系統(tǒng)的保護作用對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

在采礦生產(chǎn)中，電力自動控制系統(tǒng)的正常、穩(wěn)定運行受到許多因素的影響，因此，進(jìn)行抗干擾設(shè)計對整個系統(tǒng)至關(guān)重要。首先，采用電磁屏蔽功能，對工作現(xiàn)場產(chǎn)生的電磁干擾、靜電干擾信號逐個屏蔽，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，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整個系統(tǒng)的影響。在此基礎(chǔ)上，提出了一種新的解決方案，即通過合理布局，將弱電信號與強電信號分離開，并對其進(jìn)行屏蔽，例如使用雙絞線等。通過本項目的研究，可以有效地提高礦井下電氣自動化系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠運行，對煤礦安全、高效、經(jīng)濟的發(fā)展具有重要意義[6]。

4.總結(jié)

科技的發(fā)展對各行業(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，同時也為礦井的資源供應(yīng)提供了可靠的支持。因此，對于礦井電氣自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計和優(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)識到人工智能技術(shù)在礦業(yè)領(lǐng)域的重要性，持續(xù)推動技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用，以實現(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)

[1] 徐小云。人工智能技術(shù)在礦山計算機電氣自動化控制系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用研究[J].科技資訊， 2020， 18（9）：2.

[2] 李哲。礦井多水平協(xié)同排水智能控制系統(tǒng)研究與設(shè)計[J].中國礦業(yè)大學(xué)， 2020.

[3] 朱嵩。礦山電氣自動化控制系統(tǒng)設(shè)計中人工智能技術(shù)的應(yīng)用[J].? 2021.

[4] 楊波。武山銅礦S-210m泵房自動化改造的研究[J].銅業(yè)工程， 2019（6）：3.

[5] 程碩，王亮。西門子PLC在井下溜破控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].有色金屬設(shè)計， 2023， 50（3）：82-86.

[6] 崔喬?；赑LC的加熱爐爐溫智能控制系統(tǒng)設(shè)計[J].工業(yè)加熱， 2023（009）：052.

作者單位：河鋼集團礦業(yè)有限公司石人溝鐵礦