冶金矿山智能化控制系统设计研究

王思潮 解利俊

摘  要：为了有效地解决目前电气工程中存在的集成化程度低、结构不统一等问题，本项目采用人工智能技术，对矿井电气自动化控制系统进行了设计，在总结出系统设计遵循稳定性、扩展性等原则的前提下，将数据库技术、多线程编程等技术相结合，对此系统配置的功能进行了较为详尽的阐述，并对其今后的发展方向进行了预测，希望能够为同类领域的研究提供借鉴。

关键词：人工智能技术；电气自动化；控制系统

随着人工智能、大数据和物联网等技术的不断发展，矿山自动化控制系统不再局限于简单的远程监控和操作，开始向智能化、自适应化方向发展，这不仅为矿山生产带来了新的机遇，也给矿山自动化控制系统的设计带来了新的挑战。因此，需要深入研究智能化趋势对矿山自动化控制系统设计的影响，以及如何应对这些影响。

1.人工智能技术简介

人工智能技术是指利用计算机科学和工程的理论和方法，对人类智能的一种模拟。它是一种新兴的技术，涉及到机器学习、自然语言处理、图像识别、智能机器人等多个领域。人工智能技术的发展，对于改变人类社会生活和工作方式具有重大意义。

人工智能在医疗、金融、交通、制造等各个领域都有广泛的应用。在健康管理方面，人工智能能够辅助医师做出正确的诊断、决策，从而提升医疗质量与效率。在金融服务中，将人工智能应用到风险评估和投资决策中，可以有效地提升银行的运作效率。在交通领域中，可以将人工智能技术应用到交通管理、智能驾驶等各个领域，提高交通运输的安全性和效率。在制造业领域，人工智能技术可以用于生产线的自动化控制、质量检测等方面，提高生产效率和产品质量。

2.设计电气自动化控制系统遵循原则

设计矿山电气自动化控制系统是一项复杂而重要的工程，其成功与否直接影响到矿山生产的效率和安全。在设计这样的系统时，需要遵循一些原则和规范，以确保系统的稳定性、可靠性和安全性[1]。

首先，设计矿山电气自动化控制系统时，需要遵循安全第一的原则。矿山作为一个特殊的工作场所，存在着诸多安全隐患，如火灾、爆炸、有毒气体泄漏等。

其次，设计矿山电气自动化控制系统需要考虑到系统的稳定性和可靠性。矿山作业环境复杂，存在着大量的粉尘、湿气、高温等恶劣条件，这对控制系统的稳定性和可靠性提出了更高的要求。

另外，设计矿山电气自动化控制系统还需要考虑到系统的灵活性和可扩展性。矿山生产过程中，可能会出现新的工艺流程或设备更新等情况，因此，控制系统需要具备一定的灵活性和可扩展性，能够方便地进行修改和升级，以适应生产的变化[2]。

3.系统功能设计

为更好地发挥该系统的作用，增强其工作的稳定性和可靠性，工程师应按照图1对其进行设计。

3.1  矿山电气控制功能设计

该控制系统的采用，展现了矿山行业对先进技术的应用和追求卓越的态度。模糊控制技术的采用，使得系统能够处理模糊不清的指令语言，将其传递给电器进行统一处理，从而提高了系统对复杂指令的适应能力。同时，神经网络技术的引入，为系统提供了指令反馈的运算与整理功能，进一步增强了系统的智能化水平。

通过模糊控制与神经网络相结合的方式，该控制系统不仅能够有效地实现矿井电气控制功能，还能适应复杂多变的工作环境，提高了系统的稳定性和可靠性。这种技术的运用，不仅为矿山行业的自动化控制带来了新的可能，也为行业的发展注入了新的活力和动力[3]。

3.2  通信功能设计

在具体的设计过程中，通信功能是矿山计算机电气自动化控制系统的核心功能之一，既要通过电气自动化通信装置来确保信息资源的高效准确，又要将系统的自动控制终端节点也纳入其中，从而达到通信的高效与效益。在供电上，针对客户的特殊用电要求，采取有线、无线两种通讯模式，保证了通讯的科学、合理。当前，有线通信中使用最多的是有线通信和电话线路通信；无线通信是一种通过常规通信设备向用户提供智能化通信服务的一种方式[4]。

算法1着重介绍了通信的主要过程。在日常的通讯过程中，主机会定期地询问多个地点，若有多个地点同时收到了主机的指令，则可按照指令的内容，将有关的资料传回主机，从而形成了一个分布式的微机巡检系统。

算法1通信主程序算法如下：

3.3  数据传输功能设计

3.3  数据传输功能设计

为确保有关数据安全、有效地传送，必须使用两个信道。双向传输通信是指使用一个通信装置，实时接收信息数据，然后安全可靠地发送到处理中心，在那里，它将按照指示信息准确地控制数据传输过程，数据的传送对于确保数据安全非常重要，因此，对于一个技术人员来说，数据传输功能的设计非常重要。在设计时，首先要考虑到整个监控系统的需求，确定系统的传输装置。根据传送距离、传送要求，选择合适的传送方式，相应的线程也会有一些区别。数据的传送是一个专用的执行绪，这个执行绪的主要作用是被演算法2所描述[5]。

算法2信息传送线程的算法设计

1.Initiate

2.While（dataready）do

3.Loaddata

4.Compressdata

5.While（Notcompleted）do

6.Senddata

7.Endwhile

8.Endwhile

在整个系统的监测过程中，数据分析是一个重要的环节，它可以对终端设备软件中的信息进行实时的处理和分析，然后在数据库中进行信息的传输，当系统不能自主进行的时候，相关的工作人员就需要对各种工作进行及时的协调。

3.4  监督功能设计

在矿山生产过程中，电力设备的合理使用对于资源的科学开采和管理至关重要。只有通过对电力设备的科学规划和合理运用，才能保证矿山资源的高效开采和安全管理。在设计过程中，需要充分考虑矿山的生产要求，结合实际情况对电力设备进行合理配置和布局，以确保整套设备的可靠、稳定、安全运行。这不仅能够提高矿山生产效率，还能够降低设备故障率，减少安全事故的发生，保障生产和工作人员的安全。该系统能够对矿井用电设备的实际运行状态进行实时地更新与显示，使运行人员能够及时地发现并排除故障。比如，在系统显示有指针偏离的情况下，该系统能自行启动监测功能，使电动机和设备的指示灯点亮，提示维护人员进行相应的维护。所以，本文提出了一种用电装置的监控函数，以确保用电装置的电流稳定，减少发生故障的可能性。

3.5  故障诊断功能设计

长期运行的情况下，在电力系统中，各种类型的故障是无法避免的，为确保系统可靠运行，需要对其进行自动化诊断，并对故障类型及原因进行追踪与查找。在此基础上，提出一种基于神经网络的智能检测与故障诊断方法。如果有问题出现时，需要运用模糊集合的相关知识，建立多种关联矩阵，并在此基础上，结合电力系统进行故障诊断。另外，还应对系统的故障类型、故障经验等进行分类、归纳、整理，并将这些信息存入专家系统的知识库，供维护人员随时查阅、调用。

3.6  设计设备保护功能

矿井中使用的电力设备容易出现各种问题，合适的保护功能对于确保设备的正常运行至关重要。举例来说，如果电压不稳定，保护功能可以自动将不稳定的电压转换成低电压，从而保护电力设备中的元件和传感器。此外，保护功能还可以将部件的受影响程度降低到可控范围内，有效延长电气设备的使用寿命。因此，电气自动控制系统的保护作用对于矿井下采煤的安全和效率具有重要意义。

3.7  抗干扰设计

在采矿生产中，电力自动控制系统的正常、稳定运行受到许多因素的影响，因此，进行抗干扰设计对整个系统至关重要。首先，采用电磁屏蔽功能，对工作现场产生的电磁干扰、静电干扰信号逐个屏蔽，达到降低干扰电子装置的效果。另外，专用的屏蔽设备能够利用金属壳体有效地屏蔽模拟信号，将 PLC控制系统安装在金属材质的工作柜上，并且将壳体接地，这样不仅可以防止空间辐射，还可以减少电磁脉冲以及静电干扰对整个系统的影响。在此基础上，提出了一种新的解决方案，即通过合理布局，将弱电信号与强电信号分离开，并对其进行屏蔽，例如使用双绞线等。通过本项目的研究，可以有效地提高矿井下电气自动化系统的稳定、可靠运行，对煤矿安全、高效、经济的发展具有重要意义[6]。

4.总结

科技的发展对各行业产生了深远的影响，尤其是在矿业领域。人工智能技术的应用使得矿井的电气自动化控制系统得到了优化和调整，从而提高了采矿工作的效率和安全性，同时也为矿井的资源供应提供了可靠的支持。因此，对于矿井电气自动化控制系统的设计和优化至关重要，必须根据当前的采矿工作需求，合理地设计系统的框架结构、软件结构和硬件结构，以提高矿井的智能化程度，进而提高矿井的开采水平。这种技术的应用不仅提升了矿业的生产效率和管理水平，还为行业的可持续发展做出了重要贡献。因此，应该充分认识到人工智能技术在矿业领域的重要性，持续推动技术创新和应用，以实现矿业的可持续发展和现代化转型。

参考文献

[1] 徐小云。人工智能技术在矿山计算机电气自动化控制系统设计中的应用研究[J].科技资讯， 2020， 18（9）：2.

[2] 李哲。矿井多水平协同排水智能控制系统研究与设计[J].中国矿业大学， 2020.

[3] 朱嵩。矿山电气自动化控制系统设计中人工智能技术的应用[J].  2021.

[4] 杨波。武山铜矿S-210m泵房自动化改造的研究[J].铜业工程， 2019（6）：3.

[5] 程硕，王亮。西门子PLC在井下溜破控制系统中的应用[J].有色金属设计， 2023， 50（3）：82-86.

[6] 崔乔。基于PLC的加热炉炉温智能控制系统设计[J].工业加热， 2023（009）：052.

作者单位：河钢集团矿业有限公司石人沟铁矿