礦山機械設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計淺析

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摘要：為進(jìn)一步實現(xiàn)礦產(chǎn)資源的合理開發(fā)，同時，也為了加強礦山開采的安全性，需要依據(jù)實際的開采條件，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，提出礦山機械設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計。硬件設(shè)計方面，設(shè)計監(jiān)控電源和遠(yuǎn)程以太網(wǎng)接口；軟件設(shè)計方面，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)控數(shù)據(jù)庫應(yīng)用。實驗結(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，這表明在對礦山機械設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控的過程中，本文所涉及的系統(tǒng)更加靈活多變，穩(wěn)定運行，產(chǎn)生的誤差較小，修正值較低，具有實際的意義。

關(guān)鍵詞：礦山開采；機械設(shè)備；遠(yuǎn)程監(jiān)控；開采結(jié)構(gòu)；系統(tǒng)調(diào)節(jié)

礦山機械設(shè)備是開采過程中十分重要的影響因素，對于最終的開采結(jié)果以及開采效率會產(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)，所以在使用的過程中同時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、能耗少、產(chǎn)品粒度均勻等特點，能夠?qū)⒃V的初始資源破碎到砂石的程度，同時，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)奠定更為堅實的基礎(chǔ)，在應(yīng)用的過程中也具有更強的安全性以及穩(wěn)定性。但目前我國的礦山機械多以老舊設(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)致自動化程度較差。另外，大部分的礦山機械設(shè)備體積都是較大的，移動起來十分不便利，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，在使用的過程中安全性較差，執(zhí)行參數(shù)以及指標(biāo)與實際需求無法達(dá)到一致，無法實時對給料粒度及硬度變化作出對應(yīng)的調(diào)整。不僅如此，礦山機械設(shè)備多以計劃維修或定期保養(yǎng)為主，在日常應(yīng)用的過程中也缺少實時的監(jiān)控對系統(tǒng)的使用壽命也會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采的效率以及質(zhì)量。面對這種情況，需要對相關(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)建更加符合實際應(yīng)用的礦山機械設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)多目標(biāo)的控制與監(jiān)控，最大程度上提升開采的整體效果，幫助我國開采監(jiān)控技術(shù)邁入一個新的發(fā)展臺階。

1系統(tǒng)硬件設(shè)計

1.1監(jiān)控電源設(shè)計

在進(jìn)行硬件前，需要先對其監(jiān)控的電源處理設(shè)計。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)送對應(yīng)的啟動信號。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)采用nPOR的雙向目標(biāo)信號作為初始復(fù)位信號，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)位信號傳輸至系統(tǒng)的設(shè)備中。此時，整個系統(tǒng)的額定電流基本為1800A，并且整個系統(tǒng)的外部電源輸入電壓范圍需要控制在15～35V，系統(tǒng)此時的供電情況是較為復(fù)雜的，對應(yīng)的電壓執(zhí)行層級也十分繁雜?？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，并且把擴展的MAX125與LCD執(zhí)行控制器對應(yīng)的指標(biāo)參數(shù)作出調(diào)整更改。同時，LCD對比度也需要作出實際的調(diào)整，在模擬采集MAX125前向通的過程中，產(chǎn)生的濾波以及實時電壓跟也會隨之發(fā)生對應(yīng)的變化，與此同時，遠(yuǎn)程控制電源此時的電壓較大，可以采用Ericsson中的DC/DC電源模塊PKC2131PI對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)行電源存儲器的設(shè)計。采用FLASH存儲程序和參數(shù)，結(jié)合SDRAM作為程序的主控結(jié)構(gòu)，在均衡執(zhí)行、運行控制內(nèi)，調(diào)整監(jiān)測設(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)測器，結(jié)合uPD-4564163G5最終可以構(gòu)成32位寬的存儲庫，將其與電源相連接，在CS89712內(nèi)置LCD遠(yuǎn)程控制器，此時，電源與控制器之間形成控制關(guān)系，可以通過電源直接實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測以及控制。但是，需要對控制及其相關(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。

1.2遠(yuǎn)程以太網(wǎng)接口設(shè)計

在完成監(jiān)控電源的設(shè)計之后，需要對電路中遠(yuǎn)程以太網(wǎng)的接口作出相應(yīng)的設(shè)計與調(diào)整。先對接口的擴展硬件進(jìn)行安裝，將執(zhí)行輸入控制器中，此時，系統(tǒng)處于穩(wěn)定的運行狀態(tài)，同時，將小型的監(jiān)測裝置安裝在第二個電源控制器上，同時，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)測控制前端，增加I/O的監(jiān)測濾波器，并完成RJ45遠(yuǎn)程以太網(wǎng)接口的設(shè)計。在高速2×4通道的同步執(zhí)行電路上，通過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，在模擬的結(jié)構(gòu)中輸入實際計算的遠(yuǎn)程參數(shù)，對六個遠(yuǎn)程執(zhí)行信道進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，利用平臺將所獲取的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換成存儲接口的電壓以及濾波，安裝EINT1加強以太網(wǎng)接口的保護(hù)，完成遠(yuǎn)程以太網(wǎng)的接口設(shè)計。

2系統(tǒng)軟件設(shè)計

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

在完成硬件的設(shè)計后，進(jìn)行相關(guān)軟件的設(shè)計。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的軟件最注重的是遠(yuǎn)程監(jiān)測以及遠(yuǎn)程控制。遠(yuǎn)程PLC主要用于系統(tǒng)的自動控制，即為對系統(tǒng)執(zhí)行的運行狀態(tài)作出控制與調(diào)整。通常情況下，是由一個主控程序與若干個子程序組成，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，是需要隨礦山開采的實際情況來作出對應(yīng)變化的，所以，需要采用測量設(shè)備以及工具進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的采集與測量，同時，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)運行模式的處理下，形成自動控制系統(tǒng)，并且計算實時遠(yuǎn)程控制比，具體如公式（1）所示：35.02rgK）（+−=（1）式中，K表示實時遠(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。通過上述計算，最終可以得出實際的實時遠(yuǎn)程控制比。依據(jù)比值，進(jìn)行控制范圍的確定，同時，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。

2.2InTouch組態(tài)監(jiān)控數(shù)據(jù)庫設(shè)計

在完成遠(yuǎn)程PLC監(jiān)控指令結(jié)構(gòu)設(shè)計后，在此基礎(chǔ)之上，需要進(jìn)行InTouch組態(tài)監(jiān)控數(shù)據(jù)庫的設(shè)計。數(shù)據(jù)庫通常是較為嚴(yán)密且重要的系統(tǒng)軟件，并且存儲著大量的信息數(shù)據(jù)，較為關(guān)鍵。InTouch組態(tài)監(jiān)控實際上是一種多層級、多目標(biāo)的監(jiān)控體系，對比傳統(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)整體的工作運行效率。以下為數(shù)據(jù)庫的整體設(shè)計結(jié)構(gòu)，具體如圖1所示。根據(jù)圖1中的數(shù)據(jù)信息，最終可以實現(xiàn)InTouch組態(tài)監(jiān)控數(shù)據(jù)庫的設(shè)計。根據(jù)實際的需求，進(jìn)行數(shù)據(jù)庫權(quán)限以及訪問的設(shè)置，并實現(xiàn)安全等級的設(shè)定，提升系統(tǒng)整體的安全穩(wěn)定性，擴大對應(yīng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控范圍以及效果。

3系統(tǒng)測試

3.1測試準(zhǔn)備

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

3.2測試過程及結(jié)果分析

測試共分為6組，每個監(jiān)測范圍不同，在礦山進(jìn)行資源開采的過程中，相對應(yīng)的機械設(shè)備安裝遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，獲取實時數(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，在對礦山機械設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控的過程中，本文所涉及的系統(tǒng)更加靈活多變，穩(wěn)定運行，產(chǎn)生的誤差較小，修正值較低，具有實際的應(yīng)用價值。

4結(jié)語

綜上所述，便是對礦山機械設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與分析。在互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的普及與應(yīng)用背景下，對比傳統(tǒng)的監(jiān)測設(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)測的實際情況，從而進(jìn)一步完善預(yù)設(shè)的目標(biāo)任務(wù)，確保礦山資源開采的安全程度。

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作者:樊夢瑩 單位:運城職業(yè)技術(shù)大學(xué)