基于PLC的矿山设备智能预警系统设计与应用

（甘肃畜牧工程职业技术学院，甘肃 武威 733006）

随着世界经济体制的不断转型，能源产业逐渐成为各国经济发展的支柱性产业。为了提升各国的经济发展水平，矿产企业对于矿产设备管理水平要求逐渐提升[1，2]。在矿山开采的过程中，需要使用大量的矿山设备，在工作的过程中如出现设备故障问题，都会对矿山企业造成巨大的经济问题，因此，对其进行合理的监督管理至关重要。在过去的管理过程中多采用智能预警系统对其工作状态展开控制。此种系统在使用的过程中存在控制响应时间较长的问题。针对此问题，在此次研究中使用PLC芯片对其中展开处理，设计基于PLC的矿山设备智能预警系统设计通过此种模式，提升矿山产业对其设备的管理能力。在此次系统设计完成后，将采用系统应用测试的形式，获取系统测试结果，验证此系统的使用效果与有效性。

1 基于PLC的矿山设备智能预警系统硬件设计

针对目前矿山设备智能预警系统在使用出现的问题，在此次设计中将对系统硬件中的部分设备展开优化。在此次设计中，将主要对系统中的传感器展开设计，通过此种设计形式，将PLC管理芯片应用到此系统中。传感器是系统中最低端的设备，也是智能预警系统的主要设备运行状态主要监控设备。在此次设计中，对传感器的组成部分展开优化，使其具备信息转换的功能。在此次设计中，将传感器的组成结构设定如下。

此次设计中的传感器种类主要包括气体浓度传感器、温湿度传感器、摄像设备、RFID输出设备[3]以及部分设备状态识别器，将此部分设备有序连接安装至原有系统硬件中。同时，根据矿山的需求，设定专用的预警网络，保证上述设备可在矿山环境中正常运行。在此次设计中使用XMC4400微处理器作为系统的中央处理单元。利用XMC4400微处理器[4，5]完成系统的处理与安全控制，同时，设定收发器模块、报警及显示模块、通讯模块，实现系统中设备的沟通，将采用上述设备后的系统硬件框架作为软件开发平台，实现系统性能。

2 基于PLC的矿山设备智能预警系统软件设计

在此次研究中，将主要针对系统预警响应问题展开处理，将系统软件框架设定如图2。

采用图2优化后的系统硬件框架作为软件开发部分的基础，根据硬件结果设定PLC控制模块，将获取到的信号设定为模拟量的形式，在控制模块中完成信号的配置与校准过程。在此次设计中，将模拟量处理设定为两部分，首先为矿山设备温度，通过此处理确定设备运行的稳定性；其次为矿山设备压力采集量[6]，通过此数据确定矿山设备运行内部的运行压力，当传感器获取到的设备数据出现问题时，系统控制模块会出现模拟量过大或是过小的问题，此时系统将对此部分数据展开分析处理，确定设备的故障位置，同时，将警报发送到主控终端，完成预警过程。

图1 传感器组成结构

图2 系统软件框架

将设定的系统硬件与系统软件有机结合，并安装到原有的预警系统框架中，至此，基于PLC的矿山设备智能预警系统设计完成。

3 系统应用测试

3.1 系统应用环境设计

为验证文中设计系统的使用效果，在此次设计中通过系统应用测试实验的方式对系统的使用效果。由于进行真实的实验测试对于矿山设备具有一定的威胁性，因此采用仿真实验的方式，完成实验过程，为保证多种系统可在同一实验环境中运行，设定实验平台如下所示。

表1 系统测试平台

使用上述实验平台，模拟矿山设备的工作运行状态，使用文中设计系统以及市面上目前在使用中的两种预警系统对其展开预警控制。通过多次实验的形式，获取不同系统的平均预警响应时间与设备控制有效性。

3.2 系统测试结果分析

使用上述实验条件设定结果，得到部分实验结果，具体如下所示。

表2 系统响应实验结果分析

通过上述实验结果可以看出，文中设计系统的使用效果明显优于其他两种系统。在两种不同指标的对比下可以看出，文中设计系统可在多次实验中保证矿山设备运行的安全性与平稳性，同时，通过预警有效性可以看出，文中设计系统的预警准确性较高，不会造成预警异常或是延误的问题。通过文献研究可知，大部分的矿山设备损害均因为设备异常预警不及时造成，对矿山设备异常的发现与响应时间对于矿山安全管理十分重要。因此，在日后的研究中可使用此系统对矿山设备进行智能控制与管理，保证矿山设备运行的安全。

4 结束语

在此次设计中，主要对原有矿山智能预警系统在日常使用中出现的问题展开优化，并主要针对PCL控制模块进行设计。通过实验表明，此次研究结果具有一定的科学性与可行性，但由于时间与技术上的限制，还存在部分领域需要进行二次优化。因此，在日后的系统优化与使用中，将针对此次设计结果的不足之处进行细化处理，提升对矿山设备的安全管理能力。