礦山機(jī)械設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)淺析

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摘要：為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)資源的合理開(kāi)發(fā)，同時(shí)，也為了加強(qiáng)礦山開(kāi)采的安全性，需要依據(jù)實(shí)際的開(kāi)采條件，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，重新進(jìn)行控制系統(tǒng)的創(chuàng)建。因此，提出礦山機(jī)械設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)方面，設(shè)計(jì)監(jiān)控電源和遠(yuǎn)程以太網(wǎng)接口；軟件設(shè)計(jì)方面，創(chuàng)建遠(yuǎn)程PLC監(jiān)控指令結(jié)構(gòu)，結(jié)合InTouch組態(tài)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在不同的遠(yuǎn)程監(jiān)控范圍背景下，PLC技術(shù)下遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)最終得出的執(zhí)行修正值比初始監(jiān)控系統(tǒng)的更低，這表明在對(duì)礦山機(jī)械設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控的過(guò)程中，本文所涉及的系統(tǒng)更加靈活多變，穩(wěn)定運(yùn)行，產(chǎn)生的誤差較小，修正值較低，具有實(shí)際的意義。

關(guān)鍵詞：礦山開(kāi)采；機(jī)械設(shè)備；遠(yuǎn)程監(jiān)控；開(kāi)采結(jié)構(gòu)；系統(tǒng)調(diào)節(jié)

礦山機(jī)械設(shè)備是開(kāi)采過(guò)程中十分重要的影響因素，對(duì)于最終的開(kāi)采結(jié)果以及開(kāi)采效率會(huì)產(chǎn)生很大的作用。當(dāng)然，這些設(shè)備的應(yīng)用領(lǐng)域也各有不同，涵蓋冶金、有色、建材、化工等多種行業(yè)，所以在使用的過(guò)程中同時(shí)也具有不同程度的差別。通常情況下，這部分設(shè)備均具有破碎程度高、體積大、傷害性強(qiáng)、能耗少、產(chǎn)品粒度均勻等特點(diǎn)，能夠?qū)⒃V的初始資源破碎到砂石的程度，同時(shí)，也可以達(dá)到預(yù)期要求的粒度，為企業(yè)后續(xù)的生產(chǎn)奠定更為堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，在應(yīng)用的過(guò)程中也具有更強(qiáng)的安全性以及穩(wěn)定性。但目前我國(guó)的礦山機(jī)械多以老舊設(shè)備居多，整體上均是僅配置了部分的監(jiān)測(cè)控制儀器，控制不靈活，相關(guān)的控制結(jié)構(gòu)也十分不完整，進(jìn)而導(dǎo)致自動(dòng)化程度較差。另外，大部分的礦山機(jī)械設(shè)備體積都是較大的，移動(dòng)起來(lái)十分不便利，并且傳統(tǒng)的設(shè)備多是由人工操作，雖然可以達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)，但是，在使用的過(guò)程中安全性較差，執(zhí)行參數(shù)以及指標(biāo)與實(shí)際需求無(wú)法達(dá)到一致，無(wú)法實(shí)時(shí)對(duì)給料粒度及硬度變化作出對(duì)應(yīng)的調(diào)整。不僅如此，礦山機(jī)械設(shè)備多以計(jì)劃維修或定期保養(yǎng)為主，在日常應(yīng)用的過(guò)程中也缺少實(shí)時(shí)的監(jiān)控對(duì)系統(tǒng)的使用壽命也會(huì)造成較大的消極影響，致使故障頻發(fā)，一定程度拉低了礦山資源開(kāi)采的效率以及質(zhì)量。面對(duì)這種情況，需要對(duì)相關(guān)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行重新調(diào)整與處理，在較為真實(shí)的情況下，獲取執(zhí)行指標(biāo)參數(shù)，再結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，創(chuàng)建更加符合實(shí)際應(yīng)用的礦山機(jī)械設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)的控制與監(jiān)控，最大程度上提升開(kāi)采的整體效果，幫助我國(guó)開(kāi)采監(jiān)控技術(shù)邁入一個(gè)新的發(fā)展臺(tái)階。

1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1監(jiān)控電源設(shè)計(jì)

在進(jìn)行硬件前，需要先對(duì)其監(jiān)控的電源處理設(shè)計(jì)。系統(tǒng)電路中的電源是保證其可靠工作的重要因素，其中包括供電裝置以及復(fù)位電路兩部分。本次采用CS89712模塊復(fù)位器傳輸發(fā)送對(duì)應(yīng)的啟動(dòng)信號(hào)。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)采用nPOR的雙向目標(biāo)信號(hào)作為初始復(fù)位信號(hào)，將其與執(zhí)行裝置相關(guān)聯(lián)后，安裝復(fù)位芯片，并將芯片所產(chǎn)生的完整復(fù)位信號(hào)傳輸至系統(tǒng)的設(shè)備中。此時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的額定電流基本為1800A，并且整個(gè)系統(tǒng)的外部電源輸入電壓范圍需要控制在15～35V，系統(tǒng)此時(shí)的供電情況是較為復(fù)雜的，對(duì)應(yīng)的電壓執(zhí)行層級(jí)也十分繁雜?？梢栽诔跏紙?zhí)行電路的基礎(chǔ)上，將CS89712芯片的I/0與控制內(nèi)核采用不同電壓隔離，關(guān)聯(lián)顯示器通常設(shè)定為2.5V以及5.5V，并且把擴(kuò)展的MAX125與LCD執(zhí)行控制器對(duì)應(yīng)的指標(biāo)參數(shù)作出調(diào)整更改。同時(shí)，LCD對(duì)比度也需要作出實(shí)際的調(diào)整，在模擬采集MAX125前向通的過(guò)程中，產(chǎn)生的濾波以及實(shí)時(shí)電壓跟也會(huì)隨之發(fā)生對(duì)應(yīng)的變化，與此同時(shí)，遠(yuǎn)程控制電源此時(shí)的電壓較大，可以采用Ericsson中的DC/DC電源模塊PKC2131PI對(duì)高壓電路作出隔離操作，在雙輸出的LDO控制環(huán)境之下，提供CS89712的3.3V和2.6V。在上述的基礎(chǔ)上，進(jìn)行電源存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)。采用FLASH存儲(chǔ)程序和參數(shù)，結(jié)合SDRAM作為程序的主控結(jié)構(gòu)，在均衡執(zhí)行、運(yùn)行控制內(nèi)，調(diào)整監(jiān)測(cè)設(shè)備的執(zhí)行程序，使其與主控程序?qū)崿F(xiàn)一致，最終完成數(shù)據(jù)的堆疊以及堆棧。另外，還需要更改控制器的接口相位參數(shù)，采用2核的NEC自行相位監(jiān)測(cè)器，結(jié)合uPD-4564163G5最終可以構(gòu)成32位寬的存儲(chǔ)庫(kù)，將其與電源相連接，在CS89712內(nèi)置LCD遠(yuǎn)程控制器，此時(shí)，電源與控制器之間形成控制關(guān)系，可以通過(guò)電源直接實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)以及控制。但是，需要對(duì)控制及其相關(guān)的執(zhí)行參數(shù)作出設(shè)定，具體如表1所示。根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)信息，最終可以完成實(shí)際的LCD遠(yuǎn)程控制器參數(shù)設(shè)定。在此基礎(chǔ)上，將監(jiān)控電源與遠(yuǎn)程控制器相關(guān)聯(lián)，最終完成電源的設(shè)計(jì)。

1.2遠(yuǎn)程以太網(wǎng)接口設(shè)計(jì)

在完成監(jiān)控電源的設(shè)計(jì)之后，需要對(duì)電路中遠(yuǎn)程以太網(wǎng)的接口作出相應(yīng)的設(shè)計(jì)與調(diào)整。先對(duì)接口的擴(kuò)展硬件進(jìn)行安裝，將執(zhí)行輸入控制器中，此時(shí)，系統(tǒng)處于穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)，將小型的監(jiān)測(cè)裝置安裝在第二個(gè)電源控制器上，同時(shí)，關(guān)聯(lián)總監(jiān)控電源。結(jié)合LCD配合執(zhí)行操作程序，進(jìn)一步完善優(yōu)化系統(tǒng)的傳輸監(jiān)控功能。另外，采用四線電阻式控制器，在ADS7846的主控電路執(zhí)行環(huán)境中，通過(guò)SPI接口直接和CS89712相連接。利用電源在CS89712的內(nèi)部控制設(shè)備中集成了CS8900A以太網(wǎng)控制器，模擬遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)控制前端，增加I/O的監(jiān)測(cè)濾波器，并完成RJ45遠(yuǎn)程以太網(wǎng)接口的設(shè)計(jì)。在高速2×4通道的同步執(zhí)行電路上，通過(guò)14位的多重A/D轉(zhuǎn)換芯片，調(diào)整監(jiān)控設(shè)備的執(zhí)行程序，同時(shí)，在模擬的結(jié)構(gòu)中輸入實(shí)際計(jì)算的遠(yuǎn)程參數(shù)，對(duì)六個(gè)遠(yuǎn)程執(zhí)行信道進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，利用平臺(tái)將所獲取的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換成存儲(chǔ)接口的電壓以及濾波，安裝EINT1加強(qiáng)以太網(wǎng)接口的保護(hù)，完成遠(yuǎn)程以太網(wǎng)的接口設(shè)計(jì)。

2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1遠(yuǎn)程PLC監(jiān)控指令結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在完成硬件的設(shè)計(jì)后，進(jìn)行相關(guān)軟件的設(shè)計(jì)。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的軟件最注重的是遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)以及遠(yuǎn)程控制。遠(yuǎn)程PLC主要用于系統(tǒng)的自動(dòng)控制，即為對(duì)系統(tǒng)執(zhí)行的運(yùn)行狀態(tài)作出控制與調(diào)整。通常情況下，是由一個(gè)主控程序與若干個(gè)子程序組成，在主控程序中，執(zhí)行遠(yuǎn)程監(jiān)控是需要輸入相應(yīng)的執(zhí)行指令的，而監(jiān)控系統(tǒng)的執(zhí)行指令并不是固定的，是需要隨礦山開(kāi)采的實(shí)際情況來(lái)作出對(duì)應(yīng)變化的，所以，需要采用測(cè)量設(shè)備以及工具進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的采集與測(cè)量，同時(shí)，將數(shù)據(jù)信息匯總整合，添加在控制程序中，形成集成化的初始處理指令。在多目標(biāo)運(yùn)行模式的處理下，形成自動(dòng)控制系統(tǒng)，并且計(jì)算實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程控制比，具體如公式（1）所示：35.02rgK）（+−=（1）式中，K表示實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程控制比，g表示遠(yuǎn)程控制范圍，r表示極限控制誤差值。通過(guò)上述計(jì)算，最終可以得出實(shí)際的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程控制比。依據(jù)比值，進(jìn)行控制范圍的確定，同時(shí)，形成整體且全面的PLC指令控制結(jié)構(gòu)，完成最終的設(shè)計(jì)。

2.2InTouch組態(tài)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

在完成遠(yuǎn)程PLC監(jiān)控指令結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后，在此基礎(chǔ)之上，需要進(jìn)行InTouch組態(tài)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)庫(kù)通常是較為嚴(yán)密且重要的系統(tǒng)軟件，并且存儲(chǔ)著大量的信息數(shù)據(jù)，較為關(guān)鍵。InTouch組態(tài)監(jiān)控實(shí)際上是一種多層級(jí)、多目標(biāo)的監(jiān)控體系，對(duì)比傳統(tǒng)的架空結(jié)構(gòu)更加嚴(yán)謹(jǐn)、靈活，可以極大地降低存在的遠(yuǎn)程監(jiān)控誤差，提升系統(tǒng)整體的工作運(yùn)行效率。以下為數(shù)據(jù)庫(kù)的整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，具體如圖1所示。根據(jù)圖1中的數(shù)據(jù)信息，最終可以實(shí)現(xiàn)InTouch組態(tài)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)。根據(jù)實(shí)際的需求，進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)權(quán)限以及訪問(wèn)的設(shè)置，并實(shí)現(xiàn)安全等級(jí)的設(shè)定，提升系統(tǒng)整體的安全穩(wěn)定性，擴(kuò)大對(duì)應(yīng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控范圍以及效果。

3系統(tǒng)測(cè)試

3.1測(cè)試準(zhǔn)備

在進(jìn)行測(cè)試前，需要對(duì)測(cè)試做一定的準(zhǔn)備，選取某礦山工程作為本次系統(tǒng)測(cè)試的主要目標(biāo)對(duì)象。同時(shí)，搭建測(cè)試的環(huán)境。創(chuàng)建三位掃描識(shí)別監(jiān)控模型，并完成三位控制的發(fā)布與調(diào)整。連接測(cè)試客戶端，測(cè)量礦山監(jiān)測(cè)的實(shí)際矢量數(shù)值以及控制指標(biāo)參數(shù)，以實(shí)際礦山開(kāi)采情況為基準(zhǔn)，進(jìn)行監(jiān)控設(shè)備的調(diào)整。其次，對(duì)測(cè)試的相關(guān)機(jī)械設(shè)備核查，確保設(shè)備與系統(tǒng)處于穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)后，還需要明確不存在影響測(cè)試結(jié)果的外部因素，核查無(wú)誤后，開(kāi)始測(cè)試。

3.2測(cè)試過(guò)程及結(jié)果分析

測(cè)試共分為6組，每個(gè)監(jiān)測(cè)范圍不同，在礦山進(jìn)行資源開(kāi)采的過(guò)程中，相對(duì)應(yīng)的機(jī)械設(shè)備安裝遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，并作出監(jiān)控指令的轉(zhuǎn)換，最終得出以下數(shù)據(jù)，具體如表2所示。根據(jù)表2中的數(shù)據(jù)信息，最終可以得出結(jié)論：在不同的遠(yuǎn)程監(jiān)控范圍背景下，PLC技術(shù)下遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)最終得出的執(zhí)行修正值比初始監(jiān)控系統(tǒng)的更低，這表明，在對(duì)礦山機(jī)械設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控的過(guò)程中，本文所涉及的系統(tǒng)更加靈活多變，穩(wěn)定運(yùn)行，產(chǎn)生的誤差較小，修正值較低，具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述，便是對(duì)礦山機(jī)械設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析。在互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的普及與應(yīng)用背景下，對(duì)比傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)設(shè)備，現(xiàn)如今的設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)更加靈活與全面，并且監(jiān)控的結(jié)構(gòu)也不同于傳統(tǒng)的單一結(jié)構(gòu)，而是雙向的多目標(biāo)控制結(jié)構(gòu)，可以更加準(zhǔn)確地分析控制監(jiān)測(cè)的實(shí)際情況，從而進(jìn)一步完善預(yù)設(shè)的目標(biāo)任務(wù)，確保礦山資源開(kāi)采的安全程度。

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作者:樊夢(mèng)瑩 單位:運(yùn)城職業(yè)技術(shù)大學(xué)