矿山智能化技术在机械工程自动化中的应用研究

2023-11-12何成群

中国设备工程 2023年19期

何成群

（灵宝黄金集团股份有限公司，河南灵宝 472500）

1 智能化技术和机械工程自动化的概述

智能化技术又被称为人工智能，它是通过计算机科学技术和互联网科学技术的不断进步而产生的智能化技术。在现实应用中，智能技术可以利用对人脑的模拟，具备机器学习、知识图谱、自然语言处理、人机交互、计算机视觉等多种功能，从而可以让人们的各种使用需求得到充分的体现和满足。特别是在信息社会，通过对知识、信息和数据3 个层面进行的分析，可以通过信息来表示知识，通过数据来表示信息，进而让智慧技术可以对知识进行多种方式的获得，为人类的工作和生活带来更为方便和有效的服务。机械工程自动化是一门集机械、电子和信息技术于一身的综合学科，它可以使机械设备进行自动作业，提高作业的品质和速度，降低作业中出现的错误。目前，在机械工程中使用的自动化技术，主要有柔性自动化技术、集成自动化技术等。利用这些技术，可以为我们的制造业提供更多的帮助，从而提高我们的制造业自动化程度。

2 矿山智能化技术的应用原则

（1）可靠性。矿山开采工作需在稳定且可靠的环境下才能实现长时间连续性的矿石开采，因此对于智能化技术的应用，应首先注意对系统设计稳定性可靠性的保障，这就需要相关单位对系统的设计需要确保系统内数据格式、通信接口、通信协议等均满足国家行业标准，并注重压缩软件设计体量，缩短系统运行响应时间，以保障紧急状态下的系统应用。

（2）互联性。矿石开采生产涉及矿石开采、运输、地面生产等多个环节，需要涉及多类电子设备和机械设备，因此对于智能化技术系统的设计建设不应以单一功能的实现为基础，而是应当确保系统建设具备高度互联性，能够实现对矿山开采生产中数据采集、视频监控、信息联动等多功能的支持，实现对传统矿山开采中信息孤岛问题的消除，最大限度地促进矿山开采生产各阶段各项工作的科学对接和无缝衔接。

（3）覆盖性。矿山生产在实际工作中涉及地下地面两大开采生产场景，实际工作中涉及人力、能源、设备、产能等多项控制要素，应用技术设备中涉及开采、运输、分拣等多项设备系统，因此对于智能化技术的应用，应注意实现各环境、元素、对象的覆盖，以全覆盖的系统设计实现高质量的生产开采管理。

（4）可视性。智能化技术及其相关系统，作为具备智能处理和信息管控能力的系统，在设计建设中应注意对科学合理人机交互界面的设计，以便于生产人员对各系统部分、设备环节以及能源资源的可视化管控，其中实时监控、历史回放、监控存储等功能都应予以建设，以此最大限度地保障设备运行的高质量高水平。

3 矿山智能化技术在机械工程自动化中的应用优势

3.1 数据处理效率高

智能技术的特点是对信息主动地采集，并对其进行自动化的加工，其最大的特点就是高效的加工。使用智能科技可以减少资料的处理，也可以提高资料的准确性。另外，在使用智能化技术时，也可以将数据表现为文本和屏幕的方式，当智能技术在使用时，对图像有较高的需求时，智能化的自动化技术还可以将图像由静态转化为动态，从而使得数据信息的显示更直接。根据上述论述，我们可以得出结论，在使用智能技术时，可以将资料以各种方式展现出来，从而为资料的处理工作带来更大的方便。

3.2 数据处理精度高

从目前国内智能技术的发展情况来看，在将其与智能技术进行融合的时候，通常都是使用CPU 芯片或RISC芯片来进行操作，因此，对智能技术的处理效率有了显著的提升。此外，当前国内的智能技术在使用的时候，可以多个CPU 进行工作，因此，可以显著提高处理的准确性，提高了工作效率。

4 矿山智能化技术在机械工程自动化中的应用

4.1 智能化故障诊断

4.1.1 人工神经网络方法

矿山智能化技术在机械工程领域的运用，可以实现对矿山的智能化诊断，而人工神经网络方法是一种非常有效的方法。该算法通过仿真人类大脑的神经系统，来达到对各种问题的迅速辨识和解决的目的。在一个机器装备出现了问题后，它在振动的时候，会释放出一些不一样的信号，而神经网络就是根据这些信号的辨识结果，来对其进行判定，并且在神经网络中构建起了一个故障的模型，经过长时间的培训，可以消除对故障诊断效果产生不利的因素，并且在培训结束后，再把这些数据再一次地输入进去，在对这些数据进行了解析之后，可以为网络的运行情况做出相应的调整，从而达到了对整个系统进行自动的故障诊断的目的，基于神经网络的煤矿安全监控，就是一个很好的例子。该体系以光伏技术作为系统的承载主体，由两大模块组成：一是硬件部分；二是软件部分。该探测体系利用了光伏技术，利用太阳能面板将光能转换成电量，并将其储存在贮电池中，监控工作的供电情况，利用驱动器监控体系完成对信号的收集。利用CCD 摄像机拍摄下的矿山真实状况，并在液晶屏幕上实时地展示被测对象的各项指标。该装置以AR单片机为中心，以液晶显示模块、蓄电池模块、自动加速模块、气体传感器等为主要功能模块。

4.1.2 专家系统

在智能化的发展过程中，专家系统起到了很大的推动和发展智能化技术的发展。该系统由知识库，推理引擎，以及人机交互界面构成。该体系中的知识表示需要运用电脑生成式法则，并通过AI 的方式来实现，以保证其与人类思维的逻辑性相符合。在技术应用中，推理逻辑和推理模型，是技术应用的基础，专家系统在工作的过程中，可以通过对模糊系统和推理逻辑的应用，实现系统故障的有效诊断。在煤矿智慧化的过程中，专家系统起到了非常关键的作用，它是提高煤矿智慧化程度、促进煤矿智慧化和煤炭资源开发的关键技术。在智能化技术中，可以用专家库来对专家进行构建，从而达到了智能化的目的，专家库包括算力设施、算法库和知识库等。能够在煤矿的智能化施工过程中，完成整体的智能化控制，控制中心是一个人机协同的接口。其中，感知网络、骨干网络等构成了一个重要的信息系统，这些系统可以完成对信息的收集和传送，为制定智能的政策和政策奠定基础。由边缘计算资源与云计算共同构成的运算能力，可实现对收集的各结点的实时处理，减少网络的数据传送。对数据发掘中的数据进行了整合，提高了利用效果。在具体的使用过程中，可以实现对装备的智能化的诊断，利用诸如智能综掘法等一些高级的算法，可以对装备的缺陷进行实时的检测。智慧矿山的核心是构建一个能够对矿井内所有的数据进行统一的处理和分析的大的系统，同时还可以构建出智能巡检和决策指挥等多个小的系统来完成各种工作。随着人们在工作和生活中的不断累积，智慧矿井的应用平台在数据、算力、算法和知识的支撑下，对目前的情况进行了反馈，实现了自身的学习和进化，使其越来越智慧。

4.1.3 故障诊断步骤

在运用智能化技术来解决问题故障时，需要遵循一些程序。（1）收集有关对象的资料。传感器是获得对象的重要途径，常用的传感器包括开关位置传感器、母线的温度传感器等，还可以选择特征量如零序的电流。（2）求出质量函数。概率论是计算质量函数的方法。通过该方法能有效简化计算过程，最后能归一化全部假设的概率，确保其能符合质量函数要求。（3）信息融合处理。我充分利用信息需做好信息融合处理，对每个传感器上的信息进行获取与融合，合并不同特征信息。（4）制定目标。决策逻辑是判定目标类别的重要手段。

4.2 自动化生产

将矿山智能技术运用到机械工程自动化中，要能够对提高机械装备的自动化程度起到作用，以保证能够达到其自动化的生产要求。

（1）集成化应用。所谓的自动化，实际上就是将灵活的生产方法用于机械装备，使其可以将生产的过程进行数字化。信息化是实现一体化生产的重要手段，它可以极大地提高生产的品质和生产效率。

（2）自动化柔性应用。在机械制造与生产方面，需要具有一种具有综合管理的技能，在这些技能中柔性自动化技术，可以构造出一种可视化的人机接口，利用对这些数据进行集成和运用，可以给公司带来很好的服务和协助。

（3）智能制造。为了减少生产中出现的错误，对机器装备的生产工艺提出了更高的要求。采用了一种基于数控PID 的智能化校正装置，该装置通过安装在装置上的感应器，能够高效地采集各种信息，经过分析和放大，再传送到传动装置。纠偏系统组件定位是通过驱动器实现的。对比收集来的信号与设定信号，然后对纠偏量进行确定，电动驱动器在获取信号后快速开启纠偏行为。以矿井安全辅助系统为例，主要是由通讯系统、工业电视监控系统、大屏幕显示系统等组成，下面就主要介绍这3 个系统：①通讯系统。有了WIFI 通信技术，即使是在有干扰的情况下，也能保证系统的稳定性和可靠性。最高带宽达到11Mb，通信距离达到305m。与常规通信模式不同，它的信号范围更广，直径覆盖可达700m，其中有线信号最大可达54Mb，有线信号最大可达100Mb。②工业电视监控系统。本装置分为井上井下两个部分，井上部分主要安装于厂房等区域，井下主要安装于巷道等区域。③大屏幕显示系统。欧、美国家的显示器体系是一种高质量、高可靠性的一体化的数字显示器。

4.3 智能管理

在对机器装备进行控制和管理的过程中，既要保证其精度和可靠性，又要提高其智能的程度。采用矿山智能技术，可实现全机操作，不需要人工操作。智能机器设备的管理包括以下内容。

（1）设备基本信息。在进行智能管理的同时，需要在系统中拥有设备的内在信息，例如，设备型号、名称、运行时间等。

（2）装备的维护。在这个智慧的服务终端中，可以获得关于该设备的维护的详细情况，当在机器设备发生了问题之后，还可以利用智能化技术，来达到对其进行智能化的管理。在接到报修的消息后，该服务终端的维护工作人员可以马上针对这些问题展开有针对性地维护和解决。

（3）设备保养。在机器的维护工作中，需要根据维护工作的进度表来完成维护工作，维护工作是由系统完成的。在该系统中可以设定装备维修的方案和规定，并在服务者的终端上获取维修的资料，这样维修人员就可以事先知道维修的具体情况，并根据维修的需要来实施维修，并且还可以在之后对维修的具体情况进行检验。

（4）对装备进行巡查。利用该体系对装备的点检方案进行了管理，利用该体系对装备进行巡视，并将这些检查结果及时地反馈给了服务端，以便对其进行存储、分析和报警等。

4.4 生产综合监控

生产综合监控系统是智能矿山建设的重要支撑，该系统主要是通过远程监控、数据分析、智能联动等功能的应用，实现系统建设和运行中，对矿山日常工作涉及各项机电设备的智能化控制和连续性检测，进而达到无人值守或少人值守的矿山生产需求。生产综合监控系统的构建采取面向属性对象技术，在实际的技术应用中，以操作、管理等为一体进行所有受控对象及其相关信息的综合继承，并通过属性链接、定制化工作界面以及安全管控等，进行信息的准确性明确以及判断正确性的落实。而为了提升系统涉及的兼容性，能够实现对当下矿山建设需求的满足以及未来矿山智能化扩展需求的适应，在实际的系统建设中一般采取C/S 和B/S 相结合的分布式架构，其中C/S 架构一般适用于进行远程控制和技术支持的工程师站，B/S 技术一般用于基础管理和决策的管理层决策层等。而基于上述系统的架构设计以及对各种数据信息的读取应用，智能矿山的生产综合监控系统一般还以统一的数据库建设进行资源数据的获取、存储和分享，实现基于统一数据库的数据资源共享，再结合支持多种协议的可视化操作界面，最终可以实现对生产综合监控系统的可视化操作和控制。