智能控制在礦山機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用

＊陳明君

（山西陽(yáng)煤集團(tuán)碾溝煤業(yè)有限公司 山西 030400）

礦山機(jī)電一體化系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于各類(lèi)礦山機(jī)械設(shè)備，尤其是在控制系統(tǒng)方面，機(jī)電一體化系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)容，不過(guò)隨著近年來(lái)礦山機(jī)械對(duì)于控制系統(tǒng)要求的不斷提升，傳統(tǒng)微電子及可編程控制系統(tǒng)愈發(fā)難以滿(mǎn)足相應(yīng)的控制需求，智能識(shí)別、智能感知、智能調(diào)控、智能報(bào)告等一系列智能控制技術(shù)成為了礦山機(jī)電一體化系統(tǒng)新的發(fā)展方向。相較于傳統(tǒng)控制技術(shù)，智能控制技術(shù)具有高度智能化、最大限度減少人工控制、高度精準(zhǔn)化控制等一系列技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在未來(lái)礦山機(jī)電一體化系統(tǒng)發(fā)展過(guò)程中，智能控制系統(tǒng)將為各類(lèi)礦山機(jī)械實(shí)現(xiàn)精確自主控制提供基礎(chǔ)，本文將對(duì)智能控制技術(shù)在礦山機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行分析。

1.智能控制系統(tǒng)及礦山機(jī)電一體化系統(tǒng)概述

目前來(lái)看各類(lèi)礦山機(jī)械在實(shí)際作業(yè)中既需要滿(mǎn)足需求同時(shí)也要保障運(yùn)行的安全性，不論是井上還是井下，礦山工業(yè)作業(yè)過(guò)程中面臨很多設(shè)備技術(shù)方面的問(wèn)題，各種機(jī)械設(shè)備及能源消耗相對(duì)較大，且在機(jī)械控制方面也需要做到精準(zhǔn)控制和快速反應(yīng)。礦山機(jī)電一體化系統(tǒng)在各類(lèi)礦山機(jī)械中均有應(yīng)用，相關(guān)技術(shù)貫穿于各類(lèi)礦山機(jī)械的動(dòng)力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)等部位，可以說(shuō)機(jī)電一體化技術(shù)及其所形成的相關(guān)系統(tǒng)是礦山機(jī)械在現(xiàn)代化發(fā)展過(guò)程中實(shí)現(xiàn)一系列高效安全目標(biāo)的關(guān)鍵基礎(chǔ)。而智能控制技術(shù)則是現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展的主要方向，智能控制與傳統(tǒng)控制技術(shù)相比，其所展現(xiàn)出的優(yōu)勢(shì)非常明顯，既往在礦山機(jī)械控制過(guò)程中控制系統(tǒng)僅能針對(duì)既定已編程項(xiàng)目來(lái)執(zhí)行相關(guān)控制指令，而對(duì)于一些控制編程以外的控制需求則無(wú)法滿(mǎn)足，另外其整體控制精度與現(xiàn)代化礦山工業(yè)開(kāi)采作業(yè)需求有一定差距，而智能控制技術(shù)則能夠最大限度發(fā)揮其自主控制功能，類(lèi)似于人腦智能控制系統(tǒng)，在相關(guān)控制工作中，能夠針對(duì)當(dāng)前設(shè)備所處情況進(jìn)行智能分析，結(jié)合相關(guān)設(shè)備的具體工作性能，對(duì)其發(fā)出相應(yīng)的控制指令，使其當(dāng)前工作狀態(tài)更加適合于目前所面臨的作業(yè)環(huán)境，達(dá)到高效安全作業(yè)的目的。智能控制系統(tǒng)具有非線(xiàn)性控制、控制學(xué)習(xí)、自主判斷、高層控制等諸多技術(shù)優(yōu)勢(shì)，相較于礦山機(jī)械傳統(tǒng)機(jī)電一體化控制系統(tǒng)，應(yīng)用智能控制技術(shù)后，各類(lèi)礦山機(jī)械設(shè)備將最大限度擺脫對(duì)人工操作的依賴(lài)。

圖1 礦山機(jī)械需要智能控制技術(shù)下的機(jī)電一體化系統(tǒng)進(jìn)行控制

2.智能控制在礦山機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用

(1)數(shù)控領(lǐng)域應(yīng)用

數(shù)控技術(shù)對(duì)于機(jī)電一體化系統(tǒng)而言是其關(guān)鍵技術(shù)組成部分。數(shù)控技術(shù)歷經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間發(fā)展，已經(jīng)由傳統(tǒng)的硬件數(shù)控控制轉(zhuǎn)化為現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)數(shù)控，而計(jì)算機(jī)數(shù)控之中，智能控制技術(shù)又是其重要的技術(shù)內(nèi)容，礦山機(jī)電一體化系統(tǒng)中數(shù)控技術(shù)應(yīng)用非常廣泛，數(shù)字化控制的優(yōu)勢(shì)在于精準(zhǔn)控制，其自身通過(guò)相應(yīng)的程序?qū)φw機(jī)械設(shè)備發(fā)出控制指令，而在控制運(yùn)行的過(guò)程中，數(shù)控技術(shù)能夠?qū)λ欧?qū)動(dòng)系統(tǒng)給出精確的控制指令，通過(guò)伺服電機(jī)或其他動(dòng)力單元來(lái)精確執(zhí)行相應(yīng)的控制命令，這樣的情況下各類(lèi)型礦山機(jī)械在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中將對(duì)所開(kāi)采的礦產(chǎn)資源進(jìn)行精確處理，最大化滿(mǎn)足上層機(jī)械設(shè)備對(duì)相關(guān)開(kāi)采的要求。另外數(shù)控技術(shù)還是各類(lèi)礦山機(jī)械設(shè)備機(jī)電一體化系統(tǒng)的維修基礎(chǔ)，通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流監(jiān)測(cè)，工作人員能夠最大限度了解當(dāng)前機(jī)械設(shè)備的整體狀況，對(duì)比當(dāng)前數(shù)據(jù)流和正常工作狀態(tài)下的數(shù)據(jù)流，從其差異中可獲知當(dāng)前設(shè)備出現(xiàn)的各類(lèi)問(wèn)題，了解故障原因是環(huán)境原因還是設(shè)備自身原因。相關(guān)技術(shù)對(duì)于礦山機(jī)電一體化系統(tǒng)而言非常重要[1]。

(2)智能控制技術(shù)在采礦作業(yè)中的應(yīng)用

采礦作業(yè)是礦山工業(yè)最為重要的工作環(huán)節(jié)，采礦作業(yè)不僅需要各類(lèi)型機(jī)械設(shè)備在整個(gè)開(kāi)采過(guò)程中通力配合，同時(shí)也對(duì)相關(guān)設(shè)備的控制系統(tǒng)提出了較為嚴(yán)苛的要求。目前來(lái)看由于井下作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，在開(kāi)采礦石的過(guò)程中，不僅需要將礦石從相應(yīng)礦層進(jìn)行攤落作業(yè)，而且需要對(duì)落下的礦石進(jìn)行收集，同時(shí)需要將相應(yīng)礦石進(jìn)行處理，并進(jìn)一步輸送至運(yùn)輸系統(tǒng)，由各類(lèi)運(yùn)輸機(jī)械設(shè)備向外進(jìn)行輸送。在整個(gè)開(kāi)采作業(yè)過(guò)程中，智能控制技術(shù)應(yīng)用于各類(lèi)型機(jī)械的控制系統(tǒng)之中。相關(guān)控制系統(tǒng)不僅在不同設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中對(duì)其運(yùn)行狀況進(jìn)行全面分析，同時(shí)也能結(jié)合其自身所處作業(yè)環(huán)境對(duì)其運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。工作人員在主控室只需要時(shí)刻了解智能系統(tǒng)回傳數(shù)據(jù)，即可分析各類(lèi)型設(shè)備在采礦作業(yè)中的實(shí)際運(yùn)行情況。在運(yùn)行過(guò)程中一旦有任何設(shè)備出現(xiàn)了相關(guān)問(wèn)題，智能控制系統(tǒng)將根據(jù)當(dāng)前實(shí)際狀況作出一系列反應(yīng)，包括自主調(diào)節(jié)消除問(wèn)題、減少設(shè)備負(fù)荷避免問(wèn)題擴(kuò)大化以及立即切斷動(dòng)力系統(tǒng)，避免造成事故等一系列自主處理選擇，同時(shí)根據(jù)專(zhuān)家數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，還可針對(duì)當(dāng)前面臨的問(wèn)題給出最優(yōu)解決方案，這是傳統(tǒng)機(jī)電一體化控制系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的[2]。

(3)智能控制在智能點(diǎn)檢中的應(yīng)用

礦山機(jī)械機(jī)電一體化系統(tǒng)中設(shè)備自身需要具備完善的自我檢測(cè)系統(tǒng)，由于許多礦山機(jī)械體積較大，且在井下作業(yè)過(guò)程中很難利用傳統(tǒng)人工點(diǎn)檢的方式對(duì)其進(jìn)行檢查，因此就需要智能控制系統(tǒng)，在各類(lèi)傳感器及數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的控制下來(lái)完成智能點(diǎn)檢工作。目前來(lái)看點(diǎn)檢工作主要包括在線(xiàn)點(diǎn)檢和離線(xiàn)點(diǎn)檢兩大部分，在線(xiàn)點(diǎn)檢通過(guò)相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)將檢測(cè)設(shè)備收集到的設(shè)備信息進(jìn)行實(shí)時(shí)回傳，讓工作人員動(dòng)態(tài)了解當(dāng)前設(shè)備的運(yùn)行狀況，以及是否有相應(yīng)的設(shè)備問(wèn)題。而離線(xiàn)點(diǎn)檢系統(tǒng)則是針對(duì)某一階段完整的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行搜集和上傳，通過(guò)周期性運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析，可以為工作人員提供當(dāng)前設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性情況，了解設(shè)備在長(zhǎng)時(shí)間高負(fù)荷運(yùn)行過(guò)程中是否存在一定的運(yùn)行問(wèn)題或安全問(wèn)題。智能點(diǎn)檢系統(tǒng)能夠收集設(shè)備的不同信息，獲取相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)后，點(diǎn)檢系統(tǒng)將對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)處理，進(jìn)一步劃分不同數(shù)據(jù)在實(shí)際工作中能夠代表的意義后，分類(lèi)將數(shù)據(jù)回傳給數(shù)據(jù)中心，工作人員通過(guò)對(duì)不同數(shù)據(jù)的了解以及點(diǎn)檢系統(tǒng)對(duì)相關(guān)參數(shù)的分析提示，即可了解設(shè)備當(dāng)前整體運(yùn)行狀況。

(4)智能控制在礦山機(jī)器人中的應(yīng)用

機(jī)器人技術(shù)一直以來(lái)都是各項(xiàng)工業(yè)技術(shù)的重要發(fā)展方向，各生產(chǎn)制造業(yè)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中均對(duì)機(jī)器人技術(shù)有較大依賴(lài)。各類(lèi)型不同工業(yè)機(jī)器人其智能化程度較高，相關(guān)技術(shù)比較復(fù)雜，但其在自身應(yīng)用場(chǎng)景中，能夠最大限度保障智能化和自動(dòng)化要求。從礦山機(jī)器人角度來(lái)看，不論是應(yīng)用于生產(chǎn)作業(yè)還是日常設(shè)備監(jiān)測(cè)維護(hù)亦或是救援工作的機(jī)器人都有比較廣闊的應(yīng)用前景，目前來(lái)看，礦山機(jī)器人必須依托于智能控制系統(tǒng)來(lái)執(zhí)行自身邏輯程序，這是其自動(dòng)化作業(yè)的重要基礎(chǔ)。由于在工作過(guò)程中，各類(lèi)礦山機(jī)器人面臨的環(huán)境各不相同，因此要求智能控制系統(tǒng)能夠結(jié)合當(dāng)前環(huán)境數(shù)據(jù)信息及設(shè)備運(yùn)行狀況來(lái)對(duì)機(jī)器人整體進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，那么必須在動(dòng)力系統(tǒng)方面實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)非線(xiàn)性動(dòng)力輸出，并且要滿(mǎn)足相應(yīng)的動(dòng)力輸出精確控制需求，這樣才能保證機(jī)器人設(shè)備能夠正常執(zhí)行相應(yīng)工作。而且由于其運(yùn)行過(guò)程中需要傳感器實(shí)時(shí)回傳各類(lèi)型環(huán)境及運(yùn)行參數(shù)給控制系統(tǒng)，所以其智能控制系統(tǒng)面臨的瞬時(shí)數(shù)據(jù)處理量非常大，這也對(duì)相應(yīng)的智能控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)承載能力提出了更高要求，加之需要對(duì)機(jī)器人進(jìn)行全方位控制，因此智能控制系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)普遍較高，這也是礦山機(jī)器人在實(shí)踐應(yīng)用中能夠取得良好表現(xiàn)的重要基礎(chǔ)[3]。

圖2 礦山機(jī)器人應(yīng)用場(chǎng)景廣泛

(5)伺服交流系統(tǒng)應(yīng)用

由于現(xiàn)代化礦山機(jī)械在運(yùn)行過(guò)程中，需要對(duì)多個(gè)維度的動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行有效控制，而且其對(duì)于動(dòng)作電機(jī)的運(yùn)行精度提出更高要求，因此在控制系統(tǒng)中會(huì)使用伺服交流系統(tǒng)來(lái)對(duì)各電機(jī)進(jìn)行精確控制，想要實(shí)現(xiàn)更為精準(zhǔn)的伺服交流控制，就必須妥善利用智能控制系統(tǒng)來(lái)對(duì)伺服交流系統(tǒng)下達(dá)精確的動(dòng)作命令，雖然相關(guān)數(shù)據(jù)算法非常復(fù)雜，但是由于智能控制系統(tǒng)能夠?qū)Ａ繑?shù)據(jù)進(jìn)行精確控制，因此智能控制系統(tǒng)應(yīng)用于伺服交流系統(tǒng)后，能夠最大限度保障礦山機(jī)械的運(yùn)行動(dòng)作精度。

3.結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)智能控制技術(shù)在礦山機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了分析，希望相關(guān)內(nèi)容對(duì)本行業(yè)未來(lái)發(fā)展起到一定的推動(dòng)作用。