基于PLC的礦山設備智能預警系統(tǒng)設計與應用

（甘肅畜牧工程職業(yè)技術(shù)學院，甘肅 武威 733006）

隨著世界經(jīng)濟體制的不斷轉(zhuǎn)型，能源產(chǎn)業(yè)逐漸成為各國經(jīng)濟發(fā)展的支柱性產(chǎn)業(yè)。為了提升各國的經(jīng)濟發(fā)展水平，礦產(chǎn)企業(yè)對于礦產(chǎn)設備管理水平要求逐漸提升[1，2]。在礦山開采的過程中，需要使用大量的礦山設備，在工作的過程中如出現(xiàn)設備故障問題，都會對礦山企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟問題，因此，對其進行合理的監(jiān)督管理至關(guān)重要。在過去的管理過程中多采用智能預警系統(tǒng)對其工作狀態(tài)展開控制。此種系統(tǒng)在使用的過程中存在控制響應時間較長的問題。針對此問題，在此次研究中使用PLC芯片對其中展開處理，設計基于PLC的礦山設備智能預警系統(tǒng)設計通過此種模式，提升礦山產(chǎn)業(yè)對其設備的管理能力。在此次系統(tǒng)設計完成后，將采用系統(tǒng)應用測試的形式，獲取系統(tǒng)測試結(jié)果，驗證此系統(tǒng)的使用效果與有效性。

1 基于PLC的礦山設備智能預警系統(tǒng)硬件設計

針對目前礦山設備智能預警系統(tǒng)在使用出現(xiàn)的問題，在此次設計中將對系統(tǒng)硬件中的部分設備展開優(yōu)化。在此次設計中，將主要對系統(tǒng)中的傳感器展開設計，通過此種設計形式，將PLC管理芯片應用到此系統(tǒng)中。傳感器是系統(tǒng)中最低端的設備，也是智能預警系統(tǒng)的主要設備運行狀態(tài)主要監(jiān)控設備。在此次設計中，對傳感器的組成部分展開優(yōu)化，使其具備信息轉(zhuǎn)換的功能。在此次設計中，將傳感器的組成結(jié)構(gòu)設定如下。

此次設計中的傳感器種類主要包括氣體濃度傳感器、溫濕度傳感器、攝像設備、RFID輸出設備[3]以及部分設備狀態(tài)識別器，將此部分設備有序連接安裝至原有系統(tǒng)硬件中。同時，根據(jù)礦山的需求，設定專用的預警網(wǎng)絡，保證上述設備可在礦山環(huán)境中正常運行。在此次設計中使用XMC4400微處理器作為系統(tǒng)的中央處理單元。利用XMC4400微處理器[4，5]完成系統(tǒng)的處理與安全控制，同時，設定收發(fā)器模塊、報警及顯示模塊、通訊模塊，實現(xiàn)系統(tǒng)中設備的溝通，將采用上述設備后的系統(tǒng)硬件框架作為軟件開發(fā)平臺，實現(xiàn)系統(tǒng)性能。

2 基于PLC的礦山設備智能預警系統(tǒng)軟件設計

在此次研究中，將主要針對系統(tǒng)預警響應問題展開處理，將系統(tǒng)軟件框架設定如圖2。

采用圖2優(yōu)化后的系統(tǒng)硬件框架作為軟件開發(fā)部分的基礎，根據(jù)硬件結(jié)果設定PLC控制模塊，將獲取到的信號設定為模擬量的形式，在控制模塊中完成信號的配置與校準過程。在此次設計中，將模擬量處理設定為兩部分，首先為礦山設備溫度，通過此處理確定設備運行的穩(wěn)定性；其次為礦山設備壓力采集量[6]，通過此數(shù)據(jù)確定礦山設備運行內(nèi)部的運行壓力，當傳感器獲取到的設備數(shù)據(jù)出現(xiàn)問題時，系統(tǒng)控制模塊會出現(xiàn)模擬量過大或是過小的問題，此時系統(tǒng)將對此部分數(shù)據(jù)展開分析處理，確定設備的故障位置，同時，將警報發(fā)送到主控終端，完成預警過程。

圖1 傳感器組成結(jié)構(gòu)

圖2 系統(tǒng)軟件框架

將設定的系統(tǒng)硬件與系統(tǒng)軟件有機結(jié)合，并安裝到原有的預警系統(tǒng)框架中，至此，基于PLC的礦山設備智能預警系統(tǒng)設計完成。

3 系統(tǒng)應用測試

3.1 系統(tǒng)應用環(huán)境設計

為驗證文中設計系統(tǒng)的使用效果，在此次設計中通過系統(tǒng)應用測試實驗的方式對系統(tǒng)的使用效果。由于進行真實的實驗測試對于礦山設備具有一定的威脅性，因此采用仿真實驗的方式，完成實驗過程，為保證多種系統(tǒng)可在同一實驗環(huán)境中運行，設定實驗平臺如下所示。

表1 系統(tǒng)測試平臺

使用上述實驗平臺，模擬礦山設備的工作運行狀態(tài)，使用文中設計系統(tǒng)以及市面上目前在使用中的兩種預警系統(tǒng)對其展開預警控制。通過多次實驗的形式，獲取不同系統(tǒng)的平均預警響應時間與設備控制有效性。

3.2 系統(tǒng)測試結(jié)果分析

使用上述實驗條件設定結(jié)果，得到部分實驗結(jié)果，具體如下所示。

表2 系統(tǒng)響應實驗結(jié)果分析

通過上述實驗結(jié)果可以看出，文中設計系統(tǒng)的使用效果明顯優(yōu)于其他兩種系統(tǒng)。在兩種不同指標的對比下可以看出，文中設計系統(tǒng)可在多次實驗中保證礦山設備運行的安全性與平穩(wěn)性，同時，通過預警有效性可以看出，文中設計系統(tǒng)的預警準確性較高，不會造成預警異常或是延誤的問題。通過文獻研究可知，大部分的礦山設備損害均因為設備異常預警不及時造成，對礦山設備異常的發(fā)現(xiàn)與響應時間對于礦山安全管理十分重要。因此，在日后的研究中可使用此系統(tǒng)對礦山設備進行智能控制與管理，保證礦山設備運行的安全。

4 結(jié)束語

在此次設計中，主要對原有礦山智能預警系統(tǒng)在日常使用中出現(xiàn)的問題展開優(yōu)化，并主要針對PCL控制模塊進行設計。通過實驗表明，此次研究結(jié)果具有一定的科學性與可行性，但由于時間與技術(shù)上的限制，還存在部分領域需要進行二次優(yōu)化。因此，在日后的系統(tǒng)優(yōu)化與使用中，將針對此次設計結(jié)果的不足之處進行細化處理，提升對礦山設備的安全管理能力。