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時(shí)間：2023-03-01 16:33:03
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中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）10（b）-0009-01
隨著機(jī)電裝備的復(fù)雜化，現(xiàn)在的機(jī)電設(shè)備，不僅體積大，規(guī)模大，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且其實(shí)現(xiàn)的功能非常多，往往需要同時(shí)完成若干多項(xiàng)功能，因此對(duì)于這一類機(jī)電裝備的監(jiān)測(cè)，其監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)也必須具備較為復(fù)雜的控制功能。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和遠(yuǎn)程控制技術(shù)的發(fā)展，逐漸對(duì)于大型機(jī)電裝備的控制提出了遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)化和無(wú)人值守控制的要求，這就要求必須利用網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電裝備的遠(yuǎn)程控制和無(wú)人值守，因此，必須要對(duì)遠(yuǎn)程機(jī)電控制中的網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)加以研究，以確定最適宜的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)接入和遠(yuǎn)程控制技術(shù)的應(yīng)用。
1 遠(yuǎn)程控制技術(shù)發(fā)展概述
過去應(yīng)用最為廣泛的遠(yuǎn)程控制技術(shù)主要有以下幾種類型。
1.1 集散式遠(yuǎn)程控制
集散式遠(yuǎn)程控制，是為每一個(gè)監(jiān)控對(duì)象，即每一臺(tái)機(jī)電設(shè)備都安裝監(jiān)測(cè)儀表，將所有的監(jiān)測(cè)儀表所采集到的數(shù)據(jù)全部發(fā)送到控制機(jī)上，由控制機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)全部機(jī)電設(shè)備的集中控制。這種遠(yuǎn)程控制模式應(yīng)用方式簡(jiǎn)單，組網(wǎng)成本較低，但是由于全部數(shù)據(jù)由控制機(jī)進(jìn)行操作，實(shí)際上增大了控制機(jī)的負(fù)擔(dān)，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的可靠性較低，健壯性較差。
1.2 分布式遠(yuǎn)程控制
針對(duì)集散式遠(yuǎn)程控制模式在實(shí)際應(yīng)用中所出現(xiàn)的問題，逐漸出現(xiàn)了分布式遠(yuǎn)程控制代替了過去的集散式遠(yuǎn)程控制。分布式遠(yuǎn)程控制是將所有被監(jiān)測(cè)的機(jī)電設(shè)備的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行采集與監(jiān)測(cè)，分別發(fā)送到幾個(gè)分站進(jìn)行集中控制，通過通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)分站與主站之間的數(shù)據(jù)通訊，從而完成主站對(duì)各個(gè)監(jiān)測(cè)對(duì)象的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制。分布式遠(yuǎn)程控制的最大優(yōu)勢(shì)就在于客觀上降低了主站控制機(jī)的負(fù)擔(dān)，由各個(gè)分站控制機(jī)共同分擔(dān)，從而在一定程度上提高了系統(tǒng)的可靠性和健壯性。但是分布式遠(yuǎn)程控制模式在應(yīng)用中也存在一定的弊端，那就是組網(wǎng)復(fù)雜，組網(wǎng)成本較高，不適宜大規(guī)模應(yīng)用。
1.3 現(xiàn)場(chǎng)總線式遠(yuǎn)程控制
現(xiàn)場(chǎng)總線式遠(yuǎn)程控制是近幾年新發(fā)展起來(lái)并得到大規(guī)模應(yīng)用的一種遠(yuǎn)程控制模式。這種控制模式能夠根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要被監(jiān)測(cè)的機(jī)電設(shè)備的具體數(shù)據(jù)通訊接口分別設(shè)計(jì)不同的現(xiàn)場(chǎng)通訊總線，從而將集散式遠(yuǎn)程控制和分布式遠(yuǎn)程控制的優(yōu)勢(shì)集于一身。
2 基于工業(yè)以太網(wǎng)的遠(yuǎn)程機(jī)電控制接入技術(shù)探討
2.1 面向工業(yè)以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)
目前機(jī)電設(shè)備接入工業(yè)以太網(wǎng)有以下幾種技術(shù)模式。
（1）通過傳感儀表接入。
機(jī)電設(shè)備的自動(dòng)化控制，離不開傳感監(jiān)測(cè)，因此很多機(jī)電控制系統(tǒng)都是通過傳感儀表實(shí)現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)的采集傳輸，利用傳感儀表的輸出接口，為其配置合適的網(wǎng)絡(luò)接入接口，從而實(shí)現(xiàn)將機(jī)電設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)接入工業(yè)以太網(wǎng)。
（2）通過數(shù)據(jù)采集板卡接入。
在一些機(jī)電設(shè)備的自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，出于數(shù)據(jù)管理的需求，也會(huì)采用數(shù)據(jù)采集板卡的方式將機(jī)電設(shè)備接入以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。將傳感儀表所采集到的數(shù)據(jù)統(tǒng)一傳輸至數(shù)據(jù)采集板卡，由數(shù)據(jù)采集板卡的輸出接口，根據(jù)工業(yè)以太網(wǎng)的傳輸規(guī)范，為其配置合適的網(wǎng)絡(luò)通訊接口，例如普通的TCP/IP協(xié)議接口，串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)接口，Modbus-TCP協(xié)議接口等等，實(shí)現(xiàn)工業(yè)以太網(wǎng)對(duì)機(jī)電設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程化控制。
（3）通過以太網(wǎng)接口模塊接入。
有的機(jī)電設(shè)備，其數(shù)據(jù)通訊接口不是標(biāo)準(zhǔn)接口，這個(gè)時(shí)候就需要為其配置專用的以太網(wǎng)接口模塊，而這種以太網(wǎng)接口模塊并不是標(biāo)準(zhǔn)件，需要針對(duì)不同的機(jī)電設(shè)備的具體接口類型做有針對(duì)性的開發(fā)設(shè)計(jì)。但是不管用哪種類型的以太網(wǎng)接口模塊，模塊內(nèi)部的以太網(wǎng)電路都是一樣的，目前基本上都是采用RTL8019AS以太網(wǎng)通信控制器實(shí)現(xiàn)的，再配合雙絞線驅(qū)動(dòng)器和標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)RJ45接口，從而完成由非標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)電設(shè)備接口到標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)通信接口的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)工業(yè)以太網(wǎng)對(duì)機(jī)電設(shè)備的遠(yuǎn)程化控制。
2.2 實(shí)際應(yīng)用中需要注意的問題
（1）網(wǎng)絡(luò)遲延問題。
工業(yè)以太網(wǎng)由于采用的是偵聽發(fā)送的機(jī)制，因此在進(jìn)行數(shù)據(jù)交換傳輸?shù)臅r(shí)候，會(huì)不可避免的產(chǎn)生延時(shí)的問題，而對(duì)于遠(yuǎn)程機(jī)電控制系統(tǒng)而言，控制的實(shí)時(shí)性要求非常嚴(yán)格，有的機(jī)電設(shè)備其控制指令甚至要求必須在千分之一秒內(nèi)完成，因此這就對(duì)工業(yè)以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)性提出了挑戰(zhàn)。而事實(shí)上，工業(yè)以太網(wǎng)在實(shí)際應(yīng)用中，也確實(shí)暴露出了遲延問題。為此，對(duì)于一些實(shí)時(shí)性要求較高的機(jī)電控制系統(tǒng)，必須采用合適的控制策略，比如VPN技術(shù)、流量管理策略等等，以提高工業(yè)以太網(wǎng)在機(jī)電設(shè)備自動(dòng)化控制中的實(shí)時(shí)性。
（2）數(shù)據(jù)丟包問題。
由于工業(yè)以太網(wǎng)的遲延問題，所以數(shù)據(jù)丟包問題就不可避免，這也就造成了工業(yè)以太網(wǎng)的可靠性問題。對(duì)于此，必須要引入網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)監(jiān)管機(jī)制，對(duì)數(shù)據(jù)丟包率進(jìn)行嚴(yán)格控制，尤其是對(duì)有可能會(huì)引發(fā)大規(guī)模數(shù)據(jù)丟包的網(wǎng)絡(luò)載體和流量載體，必須單獨(dú)構(gòu)建傳輸網(wǎng)絡(luò)，以提高工業(yè)以太網(wǎng)在機(jī)電設(shè)備自動(dòng)化控制中的可靠性。
3 結(jié)語(yǔ)
基于工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的遠(yuǎn)程無(wú)人值守自動(dòng)化控制模式目前已經(jīng)得到了大規(guī)模應(yīng)用，盡管工業(yè)以太網(wǎng)在數(shù)據(jù)通訊的實(shí)時(shí)性方面有待突破，但是就目前的技術(shù)應(yīng)用而言，工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用于工礦自動(dòng)化控制是完全可行可靠的。本論文在對(duì)比分析了目前幾種主流的遠(yuǎn)程控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)探討了基于工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的遠(yuǎn)程機(jī)電控制中的網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)，詳細(xì)探討了接口技術(shù)在實(shí)際中的應(yīng)用，對(duì)于進(jìn)一步提高機(jī)電自動(dòng)化控制的遠(yuǎn)程化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化水平具有很好的指導(dǎo)借鑒意義。當(dāng)然，要實(shí)現(xiàn)將工業(yè)以太網(wǎng)完全取代現(xiàn)有的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)還有很長(zhǎng)的一段路要走，其中需要攻克很多技術(shù)難關(guān)，這有待于廣大網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)人員的共同努力，才能夠最終實(shí)現(xiàn)工業(yè)以太網(wǎng)在工礦自動(dòng)化控制領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A中圖分類號(hào)：TM621文章編號(hào)：1009-2374（2016）09-0082-02
1概述
社會(huì)的發(fā)展越來(lái)越快，社會(huì)的經(jīng)濟(jì)水平也越來(lái)越高。在生活水平提高之后，越來(lái)越多的人們逐漸開始重視其生活質(zhì)量的問題。電能是人們生活、發(fā)展過程中必不可少的資源，電量的增多可以保障日常生活、工作的穩(wěn)定。然而我國(guó)的發(fā)電結(jié)構(gòu)還處于以火力發(fā)電為主的層面，而火力發(fā)電則會(huì)使用大量的煤炭資源。煤炭資源屬于不可再生資源的一種，長(zhǎng)期、大量的消耗最終會(huì)導(dǎo)致煤炭資源的稀缺，不利于我國(guó)的長(zhǎng)久發(fā)展。不僅如此，大量的燃燒煤炭也會(huì)造成空氣的污染。為此我國(guó)逐漸把可持續(xù)發(fā)展問題作為當(dāng)前的發(fā)展重點(diǎn)來(lái)看待，尤其是節(jié)能減排工作。節(jié)能減排不僅可以有效地節(jié)約資源，同時(shí)也可以減少因廢氣的排放而造成的環(huán)境污染。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電廠不僅僅依靠手工操作進(jìn)行生產(chǎn)，進(jìn)而轉(zhuǎn)向了利用自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)。這也大大提高了電廠的工作效率，從而為節(jié)能減排起到了推動(dòng)作用。
2運(yùn)用自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的相關(guān)理念
2.1運(yùn)用自動(dòng)化產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排
為了逐步實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)，一些電廠開始運(yùn)用自動(dòng)化產(chǎn)品作為輔助工具。如電廠利用微電腦系統(tǒng)進(jìn)行控制以及使用軟啟動(dòng)等技術(shù)，從而在一定程度上可以依靠自動(dòng)化產(chǎn)品使節(jié)能減排成為可能。一些自動(dòng)化產(chǎn)品的使用，使得電廠在控制方面的精準(zhǔn)度有所提升。在對(duì)電廠的運(yùn)行功率以及運(yùn)行負(fù)載進(jìn)行嚴(yán)格的控制之后，耗電量以及耗費(fèi)的能源逐漸減少，因此，使用自動(dòng)化產(chǎn)品可以有效地幫助電廠實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。
2.2運(yùn)用自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排
除了運(yùn)用自動(dòng)化產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排之外，也可以利用自動(dòng)化系統(tǒng)使節(jié)能減排成為可能，比如運(yùn)用調(diào)度自動(dòng)化以及管理自動(dòng)化等，在提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也能有效地控制資源以及能源的投入量問題。依靠節(jié)能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)電廠投入的控制，從而使電廠節(jié)約成本，并且節(jié)約各種資源，進(jìn)而促進(jìn)節(jié)能減排工作的順利實(shí)現(xiàn)。
3電廠節(jié)能減排中自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用
3.1實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化系統(tǒng)的一體化進(jìn)程
目前，電廠的自動(dòng)化系統(tǒng)由三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，即過程控制、制造執(zhí)行以及經(jīng)營(yíng)規(guī)劃三層。為了有效地實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，除了運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)、設(shè)備之外，還要利用先進(jìn)的自動(dòng)化系統(tǒng)。通過系統(tǒng)的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)操作以及調(diào)度等方面的優(yōu)化。我國(guó)有六種耗能較多的工礦企業(yè)：有色、冶金、建材、電力、造紙以及化工。這些工礦企業(yè)不僅耗費(fèi)大量的能源、資源，也會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。為此，就需要對(duì)其重點(diǎn)的能耗設(shè)備進(jìn)行節(jié)能控制，減少能源的消耗，同時(shí)對(duì)其重點(diǎn)污染源進(jìn)行污染治理，因此，逐漸完善控制裝置并進(jìn)行系統(tǒng)的及時(shí)優(yōu)化勢(shì)在必行。通過各種系統(tǒng)和先進(jìn)設(shè)備的共同作用，對(duì)能源的除塵、脫硫等流程進(jìn)行嚴(yán)格控制。同時(shí)對(duì)各種易產(chǎn)生污染的環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化處理，從而使燃燒技術(shù)更為優(yōu)化，使能源消耗與污染物的排放降至最低，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電廠的節(jié)能減排工作。
3.2節(jié)能自動(dòng)化產(chǎn)品的研制和技術(shù)的開發(fā)
由于科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，電廠也逐漸實(shí)現(xiàn)手工控制操作向自動(dòng)化控制的方向發(fā)展。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制之后，也使電能生產(chǎn)的方式更加優(yōu)化、合理，使得電能的生產(chǎn)效率也實(shí)現(xiàn)了逐步提升。目前，電廠的自動(dòng)化技術(shù)一般都是運(yùn)用變送器對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以及大屏幕的監(jiān)視器、現(xiàn)場(chǎng)總線等進(jìn)行控制。雖然國(guó)家及電廠正在加大力度實(shí)現(xiàn)發(fā)電結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型，但是在我國(guó)的電力規(guī)劃中指出，即使到2030年，我國(guó)電廠發(fā)電結(jié)構(gòu)依然是以火力發(fā)電為主。而預(yù)計(jì)4年后，我國(guó)的裝機(jī)容量便可多達(dá)14億千瓦，其中火力發(fā)電所占的比重就多達(dá)10億左右。因此，在以火力為主的發(fā)電結(jié)構(gòu)模式下，節(jié)能減排工作更是困難重重，要及時(shí)需找新的方法，加快節(jié)能自動(dòng)化產(chǎn)品和自動(dòng)化技術(shù)的研發(fā)。首先可以尋找新的自動(dòng)化節(jié)能方法，可以不斷引進(jìn)外國(guó)先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)，再與我國(guó)先進(jìn)的技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)無(wú)觸點(diǎn)調(diào)壓、穩(wěn)壓等；其次，采用移相控制技術(shù)以及電子安全保護(hù)技術(shù)等方法及時(shí)地對(duì)發(fā)電機(jī)的輸出功率進(jìn)行調(diào)整和改變，加強(qiáng)微電腦對(duì)電廠的控制管理，不斷提高電機(jī)的工作效率，使能耗逐漸降低，從而達(dá)到節(jié)約資源的目的；最后，可以加快研制新的自動(dòng)化產(chǎn)品和自動(dòng)化技術(shù)，使可再生及不可再生資源的儲(chǔ)能效率及生產(chǎn)效率等都獲得較大程度的提高。
3.3結(jié)合信息管理進(jìn)行節(jié)能減排
在電廠使用自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行控制的早期，一般都是單純地對(duì)控制系統(tǒng)方面的單輸出和單輸入情況進(jìn)行分析整理，之后再對(duì)其進(jìn)行人工繪圖。而這種操作方法一般都會(huì)存在很大的誤差，且工作效率低。由于電廠對(duì)于信息管理的重視不夠，導(dǎo)致自動(dòng)化技術(shù)與管理信息化程度嚴(yán)重不匹配。為了改變這一局面，就要重視二者的協(xié)調(diào)發(fā)展，從而提高系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，也使自動(dòng)控制的實(shí)用性更強(qiáng)，使操作更為簡(jiǎn)單、方便。
4成功運(yùn)用自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行節(jié)能減排的表現(xiàn)
4.1變頻技術(shù)的應(yīng)用
電廠使用變頻技術(shù)能有效地控制節(jié)能減排。在電廠的運(yùn)行過程中，一般會(huì)利用煤、燃?xì)饣蚴怯偷荣Y源進(jìn)行發(fā)電，因此，就會(huì)有很多浪費(fèi)現(xiàn)象從中產(chǎn)生。煤、燃?xì)庖约坝偷荣Y源的消耗使我國(guó)能源的投入量大大提高。而在電廠實(shí)際發(fā)電的過程中，對(duì)于能源的消耗也很大，以致節(jié)能減排難以實(shí)現(xiàn)，使用變頻技術(shù)可以有效降低能源消耗。變頻調(diào)節(jié)器的使用也會(huì)在很大程度上降低燃料的消耗量，從而根據(jù)電廠的實(shí)際情況對(duì)能源投入進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。與此同時(shí)，變頻調(diào)節(jié)器的使用也可以優(yōu)化鍋爐的運(yùn)行狀態(tài)，控制燃料在燃燒時(shí)的風(fēng)量。變頻技術(shù)的應(yīng)用可以幫助電廠解決能源消耗以及資源浪費(fèi)等問題，逐漸實(shí)現(xiàn)電廠的節(jié)能減排、降低消耗，從而獲得更多的經(jīng)濟(jì)收益。
4.2運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)
運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)可以幫助電廠順利實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，電廠總線布置涉及的范圍也越來(lái)越廣?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與傳統(tǒng)的技術(shù)相比具有比較明顯的優(yōu)勢(shì)：一是可以使硬件設(shè)備的應(yīng)用數(shù)量有所降低?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)一般采用的是計(jì)算機(jī)控制，同時(shí)利用PC，使得硬件設(shè)施的需求量大為減少，并且其控制站的面積也可以因此大大縮減；二是從安裝方面來(lái)講，現(xiàn)場(chǎng)總線操作起來(lái)更為簡(jiǎn)捷、方便。在現(xiàn)場(chǎng)總線的其中一條線路上可以進(jìn)行多個(gè)設(shè)備的接入，從而為電廠節(jié)約了更多的資金。同時(shí)，應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)也在一定程度上可以解放人力。由于其工作量小，相對(duì)的，電廠對(duì)于人力、物力方面的投入也會(huì)相對(duì)減少。
4.3碳素焙燒控制技術(shù)
利用碳素焙燒技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，焙燒可以影響生產(chǎn)的各個(gè)方面，如對(duì)環(huán)保產(chǎn)生影響、對(duì)能耗產(chǎn)生影響、對(duì)成品的品質(zhì)和成品的壽命造成影響等。然而碳素焙燒技術(shù)在生產(chǎn)過程中具有多道工藝，因此，對(duì)于環(huán)境造成的影響也極其惡劣。但是由于長(zhǎng)時(shí)間缺乏控制，所以其相對(duì)的能耗也比較大且污染嚴(yán)重。目前，針對(duì)這一情況已經(jīng)研發(fā)出專門控制碳素焙燒的技術(shù)，在電廠的投入使用中，不僅為電廠節(jié)約了大量的能源，也減少了對(duì)于環(huán)境造成嚴(yán)重污染的污染物的排放，同時(shí)為電廠帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，使得節(jié)能減排工作逐漸成為現(xiàn)實(shí)。
5電廠節(jié)能減排中自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展方向
5.1走可持續(xù)發(fā)展之路
電廠在節(jié)能減排過程中運(yùn)用自動(dòng)化技術(shù)可以促進(jìn)電廠實(shí)現(xiàn)高水平、高質(zhì)量的發(fā)展。在利用自動(dòng)化技術(shù)的同時(shí)，能夠有效實(shí)現(xiàn)電廠的可持續(xù)發(fā)展。自動(dòng)化技術(shù)使節(jié)能減排成為可能。在降低能源消耗、減少對(duì)環(huán)境的污染的同時(shí)，不僅為國(guó)家節(jié)約了大量資源、能源，也逐漸促使國(guó)家向環(huán)境友好型方向發(fā)展。
5.2促進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)的規(guī)?；l(fā)展
自動(dòng)化技術(shù)的運(yùn)用是符合時(shí)展潮流的，而且在電廠的實(shí)際應(yīng)用中，不僅節(jié)約成本、降低消耗、保證環(huán)境質(zhì)量，同時(shí)也增加了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。利用自動(dòng)化技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)利用小型系統(tǒng)就可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模節(jié)能減排的效果，因此，要促進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)向規(guī)?；较虬l(fā)展。擴(kuò)大自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用范圍之后，可以實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的節(jié)能減排目標(biāo)。在全國(guó)各個(gè)領(lǐng)域、各大工礦企業(yè)推廣自動(dòng)化技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)全方位的節(jié)能減排工作。
5.3深化自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用
目前，自動(dòng)化技術(shù)主要應(yīng)用于電廠的節(jié)能減排工作上，所以要不斷深化自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，使自動(dòng)化技術(shù)在安全控制方面的應(yīng)用力度不斷加強(qiáng)，從而使節(jié)能減排工作水平的安全性能不斷提高。減少自動(dòng)化技術(shù)的安全隱患，從而提升其應(yīng)用效益，不斷滿足電廠在節(jié)能減排方面的需求。
6結(jié)語(yǔ)
我國(guó)電廠的發(fā)展為我國(guó)提供了大量生活必須的電能，有助于社會(huì)的安全與穩(wěn)定。然而在實(shí)際的生產(chǎn)發(fā)展過程中，電廠的正常運(yùn)行需投入大量的能源、資金，同時(shí)，能源、燃料的燃燒也給環(huán)境帶來(lái)了巨大的危害。由于煤等能源屬于不可再生資源，如果大量使用，子孫后代將無(wú)這種資源的福祉可享。為此，我國(guó)的發(fā)展不能只建立在眼前利益之上，而應(yīng)更多地考慮長(zhǎng)遠(yuǎn)利益的發(fā)展。與此同時(shí)對(duì)于環(huán)境的污染也成為世界各國(guó)廣泛關(guān)注的焦點(diǎn)，因此一定要重視節(jié)能減排工作的落實(shí)。為此，電廠引進(jìn)先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)，在一定程度上降低了能源的消耗和污染物的排放，也促進(jìn)了電力生產(chǎn)事業(yè)的發(fā)展。
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中圖分類號(hào)：TD823.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）03（c）-0090-04
Research on strengthening technique backfill
Zhang Shuguo
（Jizhong energy Limited by Share Ltd Xingtai mine in Hebei Xingtai 054026，China）
Abstract：Backfill reinforcement，is based on the comprehensive mechanized coal mining under buildings filling technology，the backfill area using fly ash，cement slurry，high water material and water are respectively arranged corresponding slurry，transported to the underground through the grouting pipe，finally arrived at the working face goaf grouting filling area in advance buried pipe，timely loose backfill reinforcement，the formation of overlying strata with high density and strength of the filling body of the supporting system，effective control of surface subsidence in the allowable range of village，do not move，safety mining under buildings remaining coal pillar.The successful implementation of the project，and achieved good technical and economic effect.
Key Words：Backfill；Reinforcing；Fly ash
冀中能源股份有限公司邢臺(tái)礦1968年10月投產(chǎn)，現(xiàn)生產(chǎn)能力195萬(wàn)t/年。經(jīng)過40多年高強(qiáng)度開采，剩余可采儲(chǔ)量越來(lái)越少，截至2008年底，邢臺(tái)礦剩余可采儲(chǔ)量?jī)H2327.9萬(wàn)t，而礦區(qū)范圍內(nèi)的村莊及工業(yè)廣場(chǎng)建筑物、斷層、沖積層下卻壓有5823萬(wàn)t煤炭資源，嚴(yán)重影響著礦井的后續(xù)發(fā)展，以及周邊環(huán)境的和諧穩(wěn)定。
2008年，邢臺(tái)礦與中國(guó)礦業(yè)大學(xué)合作，試驗(yàn)研發(fā)了“建筑物下綜合機(jī)械化充填采煤技術(shù)”，即將地面矸石與粉煤灰等廢棄物通過投料鉆孔投放到井下，采用膠帶輸送機(jī)運(yùn)送到工作面的采空區(qū)，通過自夯式充填開采液壓支架、充填開采輸送機(jī)等配套設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)采空區(qū)充填，以控制地表變形。截止目前，通過對(duì)7606以及7608充填體壓力監(jiān)測(cè)實(shí)測(cè)效果顯示，充填開采充填體對(duì)頂板的下沉起到了一定的控制作用，取得了較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。為進(jìn)一步提高充填質(zhì)量，保證充填效果，以及工程質(zhì)量的要求，礦研究決定在充填的基礎(chǔ)上，在架后充填區(qū)域進(jìn)行注漿補(bǔ)強(qiáng)。根據(jù)現(xiàn)有充填的實(shí)際情況，水文地質(zhì)條件、工程要求、原材料供應(yīng)及施工成本等綜合因素考慮，礦決定選擇采用注粉煤灰、水泥漿以及高水材料對(duì)較松散充填體進(jìn)行加固。使用高壓注漿泵將漿液壓注到充填體后，可以有效地把松散的矸石粉煤灰充填體粘合為一個(gè)整體。從而提高了松散充填體的完整性和密實(shí)度，增大了其承載能力，更進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了對(duì)頂板和兩幫以及地表變形的有效控制。該項(xiàng)目的成功實(shí)施，為建筑物下綜合機(jī)械化充填開采有效控制巖層移動(dòng)和地表沉陷提供了一條新的技術(shù)途徑。
1 注漿材料的選擇
因?yàn)闈{液需要通過管道進(jìn)行較長(zhǎng)距離的輸送才能到達(dá)工作面充填區(qū)域，所以經(jīng)過多方面因素的綜合考慮，所以我們對(duì)注漿材料要求應(yīng)該是：黏度低，流動(dòng)性及擴(kuò)散性和可注性好，這樣的注漿材料才能快速均勻進(jìn)入充填體細(xì)小裂隙內(nèi)，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，對(duì)設(shè)備管路無(wú)腐蝕性，材料來(lái)源廣泛，價(jià)格便宜，注漿工藝簡(jiǎn)單，漿液配制方便。因此，選擇一種合適的漿液，使施工既有效又經(jīng)濟(jì)是我們考慮的首要問題。我們通過對(duì)地質(zhì)地層條件，水文地質(zhì)條件，工程要求，原材料供應(yīng)及施工成本等多方面因素的分析和考慮，礦決定選擇采用注粉煤灰、水泥漿以及高水材料對(duì)較松散充填體進(jìn)行注漿加固，以進(jìn)一步提高充填體強(qiáng)度。
2 注漿管的埋設(shè)與規(guī)格
注漿管預(yù)先在充填支架后埋設(shè)，吊在充填運(yùn)輸機(jī)里面的頂網(wǎng)上，從運(yùn)料巷或溜子道接出，與漿液輸送管路接通。根據(jù)架后充填區(qū)域的實(shí)際情況，埋設(shè)的注漿管路采用3寸的金屬管，能承受一定程度上的壓力而保持不變形，管上布置直徑20 mm的花眼，眼間距200～300 mm，五花布置，便于漿液快速均勻的擴(kuò)散到充填體的細(xì)小裂隙內(nèi)。管路之間用卡箍連接牢固密實(shí)。每當(dāng)工作面推進(jìn)15 m時(shí)，從機(jī)頭或機(jī)尾埋設(shè)一趟注漿管，邁步交叉埋設(shè)。詳見圖1。
3 技術(shù)要求
為了杜絕工作面機(jī)尾一出水就停止注漿的弊端，必須加大工作面機(jī)尾的排水能力，再加一臺(tái)大功率排水泵及配套排水管路，24 h連續(xù)注漿，停泵標(biāo)準(zhǔn)為（壓力積聚增加、充填體出渾水）。同時(shí)為了防止?jié){液輸送堵管事故的發(fā)生，通風(fēng)科必須做到注漿加固系統(tǒng)和注漿防滅火系統(tǒng)能夠快速轉(zhuǎn)換；通風(fēng)科在三軌道破頭安設(shè)泄?jié){三通并考慮上自動(dòng)卸壓裝置；施工單位在7608注漿管路上也安設(shè)泄?jié){三通，當(dāng)發(fā)生管路堵塞事故時(shí)，能快速在相關(guān)地點(diǎn)打開三通泄?jié){泄壓，以保證管路的暢通。
4 工作內(nèi)容及分工
4.1 技術(shù)科
技術(shù)科負(fù)責(zé)注漿主要參數(shù)（濃度、壓力、流量以及布管）的制定及搜集整理，對(duì)注漿工藝及時(shí)調(diào)整，并在兩巷注漿期間安排技術(shù)人員跟班監(jiān)督注漿情況。
4.2 調(diào)度室
調(diào)度室須及時(shí)準(zhǔn)確掌握注漿進(jìn)展，及時(shí)協(xié)調(diào)解決注漿過程中管路、閥蘭及各單位協(xié)調(diào)，督促相關(guān)單位配合保障。
4.3 通風(fēng)科
通風(fēng)科注漿組20日內(nèi)與中礦聯(lián)系完善漿液濃度自動(dòng)化控制系統(tǒng)，在注漿過程中，必須保證和控制粉煤灰的濃度，不能超過55%，在注漿站輸漿管口安設(shè)壓力表；嚴(yán)格按技術(shù)科要求開始、停止注漿工作。
4.4 地測(cè)科鉆機(jī)組
鉆機(jī)組必須盡快熟悉雙液注漿泵的使用方法，保證高水材料A、B兩種漿液在機(jī)尾混合進(jìn)入充填空間，并杜絕堵管事故；兩單位每班必須由完整的注漿記錄，并及時(shí)報(bào)技術(shù)科、調(diào)度室。
4.5 生產(chǎn)單位
生產(chǎn)單位必須加大工作面機(jī)尾的排水能力，杜絕機(jī)尾一出水就停止注漿，必須放專人（副班長(zhǎng)以上）盯著井下注漿點(diǎn)的流量表與壓力表，做好當(dāng)班記錄，現(xiàn)場(chǎng)交接班；當(dāng)達(dá)到必須停泵標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，及時(shí)電話聯(lián)系地面注漿站停泵；如發(fā)生異常情況，及時(shí)向相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)匯報(bào)并做好詳細(xì)的記錄，按技術(shù)科設(shè)計(jì)要求及時(shí)鋪設(shè)兩巷注漿管路，并及時(shí)外運(yùn)和改管，且負(fù)責(zé)流量計(jì)和壓力表的完好、準(zhǔn)確。
5 注漿管路堵塞處理應(yīng)急預(yù)案
當(dāng)井下注漿壓力表出現(xiàn)壓力急聚上升等堵管征兆時(shí)，生產(chǎn)單位觀測(cè)人員首先通知井上注漿站，停止投料；再通知調(diào)度室、突擊小組。當(dāng)調(diào)度室接到堵管事故后，立即通知值班領(lǐng)導(dǎo)、注漿管防堵指揮部并由總指揮組織搶修疏通管路。接到通知后，指揮部所有成員必須在20 min內(nèi)到達(dá)礦調(diào)度室并由指揮部主任介紹事故情況；指揮搶修管路工作。突擊小組當(dāng)接到井上注漿站停泵通知時(shí)，可直接組織小組成員到注漿管路的指定位置（三軌道破頭、7608工作面）開啟泄?jié){三通。由領(lǐng)導(dǎo)小組安排相關(guān)人員查明堵管原因，采取相應(yīng)措施直至管路暢通。如圖2所示。
6 注漿統(tǒng)計(jì)及效果
從2010年4月12日截止到8月末，7608充填工作面風(fēng)巷、溜子道各埋設(shè)12根管路，累計(jì)注水泥漿141 t，注粉煤灰15844 m3，注高水144 t。
根據(jù)7608充填工作面充填體實(shí)測(cè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)記錄顯示，由于工作面對(duì)充填體注水泥漿和粉煤灰加固作用，得出結(jié)論：注漿后周期來(lái)壓步距比注漿前明顯有所延長(zhǎng)，分析認(rèn)為，注漿材料對(duì)頂板起到了抑制作用。注漿之前來(lái)壓周期平均為37.1 m，注漿后來(lái)壓步距增為41 m，周期來(lái)壓步距同比延長(zhǎng)了10%?？梢?，對(duì)架后充填區(qū)域采用注漿補(bǔ)強(qiáng)，明顯改善了充填工作面的壓力顯現(xiàn)，加強(qiáng)了充填工作面頂板的變形控制。
下表為8月份7608工作面注漿統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（如表1）。
通過我礦技術(shù)人員和施工單位的共同努力，成功的實(shí)施了充填體的注漿補(bǔ)強(qiáng)。該技術(shù)有效的解決了充填體存在的充填不接頂，不均勻，強(qiáng)度低，充填體養(yǎng)護(hù)齡期長(zhǎng)，整體性差等技術(shù)性難題，進(jìn)一步的提高了充填體的密實(shí)度和強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了對(duì)頂板和兩幫變形以及地表沉陷的控制。粉煤灰作為井下注漿材料，可大大減少地面粉煤灰的排放量，降低了對(duì)環(huán)境的污染和排放費(fèi)用。該技術(shù)的使用在我國(guó)尚屬首次，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益十分顯著。
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中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）21-0014-02
河南理工大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱“我?！保┑摹白詣?dòng)控制系統(tǒng)”課程經(jīng)過30多年的教學(xué)改革和發(fā)展，取得了突出成果，于2008年評(píng)為國(guó)家級(jí)精品課程。近幾年來(lái)，本課程教學(xué)組在整合原有資源的基礎(chǔ)上，在師資建設(shè)、教學(xué)手段、實(shí)踐環(huán)節(jié)、考試方式等方面進(jìn)行了改革和實(shí)踐，進(jìn)一步加強(qiáng)精品課程建設(shè)，獲得了課程教師和學(xué)習(xí)該課程的學(xué)生的肯定和一致好評(píng)。
一、課程教材建設(shè)
教材的選取和教材建設(shè)是決定教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一，它直接影響著教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)的合理性與科學(xué)性。[1]
我校“自動(dòng)控制系統(tǒng)”課程始于1972年，是國(guó)內(nèi)較早開設(shè)該課程的高校之一。在教材的建設(shè)上共進(jìn)行了6次修編和選取。隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，交流電力拖動(dòng)控制技術(shù)取得了突破性進(jìn)展，一些先進(jìn)的控制理論和方法在交流電力拖動(dòng)系統(tǒng)中得以實(shí)現(xiàn)。從1996年起為適應(yīng)國(guó)家教育部“面向21世紀(jì)教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革計(jì)劃”的要求，將課程內(nèi)容進(jìn)行拓展，并結(jié)合我校與煤礦結(jié)合緊密的特點(diǎn)，增加交流調(diào)速控制學(xué)時(shí)，引入VC、DTC等先進(jìn)控制策略的相關(guān)知識(shí)，以適應(yīng)自動(dòng)化專業(yè)人才培養(yǎng)的需要。2004年，根據(jù)我校特點(diǎn)的需要，再次對(duì)以往使用教材進(jìn)行了修編，出版了“十五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材“自動(dòng)控制系統(tǒng)”。根據(jù)課程發(fā)展的需要，今年再次對(duì)教材進(jìn)行修訂，進(jìn)一步增加了交流調(diào)速內(nèi)容在課程中的比重和課時(shí)。
二、教學(xué)方法建設(shè)
“自動(dòng)控制系統(tǒng)”具有綜合性強(qiáng)的特點(diǎn)，這門課程涉及的領(lǐng)域廣泛，是電機(jī)學(xué)、電力拖動(dòng)自動(dòng)控制原理、微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)以及電力電子技術(shù)等多門課程的綜合和升華，也是與工程實(shí)際接合非常緊密的一門專業(yè)課程。[2]在講授課程的過程中，主要從以下幾個(gè)方面著手：
1.培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣
“自動(dòng)控制系統(tǒng)”課程是一門綜合性和實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)該課程的學(xué)習(xí)興趣尤為重要。課程教學(xué)中始終貫穿課程內(nèi)容的實(shí)用性是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的關(guān)鍵所在。例如在課程開始就給學(xué)生先舉一些很有吸引力的、多個(gè)領(lǐng)域的交直流調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例，例如電力機(jī)車的啟動(dòng)、調(diào)速、停止過程和龍門刨床切削工件的過程，讓學(xué)生直觀形象地了解到本門課程在實(shí)際中的具體應(yīng)用及重要地位，增加學(xué)生對(duì)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的感性認(rèn)識(shí)，通過這些例子用“調(diào)速”兩個(gè)字來(lái)概括本課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容，讓學(xué)生了解本課程的學(xué)習(xí)目的。然后從19世紀(jì)開始談交直流的發(fā)展歷史，比較交直流調(diào)速的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)而讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到交直流調(diào)速的發(fā)展趨勢(shì)，使學(xué)生對(duì)本課程有一個(gè)宏觀概念上的了解，清楚本課程的重要性，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)本課程的學(xué)習(xí)興趣。
2.鼓勵(lì)學(xué)生自學(xué)、主講，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性
課堂教學(xué)過程中，對(duì)于較難的章節(jié)可以以教師主講形式進(jìn)行，在本節(jié)課結(jié)束后，把本節(jié)課講到的調(diào)速系統(tǒng)的缺點(diǎn)總結(jié)出來(lái)，提到下節(jié)課的調(diào)速方式可以解決存在的問題，讓學(xué)生在課前自學(xué)，預(yù)先提醒下節(jié)課可以由學(xué)生來(lái)講。在下節(jié)課時(shí)請(qǐng)學(xué)生來(lái)主講，根據(jù)學(xué)生的理解，針對(duì)關(guān)鍵問題，回顧所學(xué)內(nèi)容，對(duì)學(xué)習(xí)過的內(nèi)容進(jìn)行敘述，交流自己掌握的知識(shí)及學(xué)習(xí)體會(huì)。教師在聽取學(xué)生講課和回答問題的過程中，可以摸清學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握程度，對(duì)其中的錯(cuò)誤概念和理解及時(shí)給予指導(dǎo)、糾正。在課程內(nèi)容的講授中，以控制方法作為主線，貫穿課程始終。按提出問題、分析問題、解決問題的方式，循序漸進(jìn)、由淺入深地組織研討型教學(xué)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。
3.精心選擇教學(xué)內(nèi)容，適當(dāng)補(bǔ)充新的知識(shí)點(diǎn)
教學(xué)過程中應(yīng)根據(jù)本課程的特點(diǎn)，使教學(xué)內(nèi)容與該領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)同步，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。隨著電力電子技術(shù)與自動(dòng)控制技術(shù)的進(jìn)步，應(yīng)逐步增加交流調(diào)速的教學(xué)內(nèi)容，減少直流調(diào)速的內(nèi)容。其次，由于自動(dòng)控制系統(tǒng)課程的講授內(nèi)容較多，要根據(jù)不同專業(yè)分配的課時(shí)合理選擇講授的內(nèi)容，處理好教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)專業(yè)、教學(xué)課時(shí)之間的矛盾，做到由簡(jiǎn)入繁，重點(diǎn)突出。
另外還可以適當(dāng)引入和教材理論相關(guān)的生產(chǎn)實(shí)踐的例子。例如在交流調(diào)速部分很多教材只介紹變頻器的算法，很少提及變頻器的應(yīng)用。作為以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標(biāo)的本科院校，應(yīng)在教學(xué)過程中適當(dāng)介紹幾種當(dāng)前比較先進(jìn)的變頻器的參數(shù)設(shè)置和使用場(chǎng)合，如ABB、SIEMENS等的應(yīng)用實(shí)例，有利于培養(yǎng)學(xué)生的解決實(shí)際問題能力。
4.適當(dāng)使用多媒體教學(xué)
改革傳統(tǒng)的“黑板+粉筆”的教學(xué)方式，引入多媒體教學(xué)是目前在高校教學(xué)中普遍采用的一種教學(xué)手段。[3]但是過多地使用多媒體教學(xué)會(huì)限制學(xué)生的想象力，不利于學(xué)生創(chuàng)造性思維的發(fā)展，也缺少教學(xué)過程中的靈活性和同步性，同時(shí)也不利于教師主導(dǎo)課堂教學(xué)。[4]因此在自動(dòng)控制系統(tǒng)的教學(xué)過程中，教師首先要合理規(guī)劃好哪些章節(jié)使用多媒體課件教學(xué)，對(duì)于使用多媒體教學(xué)的章節(jié)一定要按照自己的思路對(duì)課件進(jìn)行整理或自己制作課件。
一般來(lái)講對(duì)于內(nèi)容枯燥而要提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣或圖形較多的章節(jié)內(nèi)容可以用多媒體教學(xué)，比如緒論、電樞可逆有環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)制動(dòng)過程分析等章節(jié)推薦使用多媒體講解，使用多媒體講解時(shí)也可以加上適當(dāng)?shù)陌鍟?。?duì)常規(guī)內(nèi)容、公式原理的推導(dǎo)等用板書完全可以滿足教學(xué)要求。
5.加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)
通過實(shí)踐或?qū)嶒?yàn)環(huán)節(jié)可以加強(qiáng)學(xué)生對(duì)課本所學(xué)內(nèi)容的理解。教學(xué)過程中注重課堂教學(xué)與課外創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)相結(jié)合，在課堂上鼓勵(lì)學(xué)生積極思考、提問和回答問題；在實(shí)驗(yàn)課將理論驗(yàn)證與綜合設(shè)計(jì)、自主創(chuàng)新結(jié)合起來(lái)，給學(xué)生更多發(fā)揮個(gè)人創(chuàng)造力的機(jī)會(huì)；在課外積極鼓勵(lì)、指導(dǎo)學(xué)生參加學(xué)?！按髮W(xué)生科技創(chuàng)新基地”的科技活動(dòng)，通過此類活動(dòng)反過來(lái)促進(jìn)課堂教學(xué)，學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力得到加強(qiáng)。鼓勵(lì)學(xué)生參加一些自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)類的比賽和項(xiàng)目。近幾年，我校學(xué)生參加飛思卡爾汽車大賽的熱情不斷高漲，在全國(guó)大賽上也取得了較好的名次。學(xué)有余力的同學(xué)也參加了自動(dòng)化研究所教師承擔(dān)的一些科研項(xiàng)目，在實(shí)踐中得到了鍛煉。
6.引入MATLAB進(jìn)行輔助教學(xué)
利用MATLAB仿真工具設(shè)計(jì)自動(dòng)控制輔助教學(xué)軟件，通過Simulink生動(dòng)再現(xiàn)了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程，化解難點(diǎn)，同時(shí)增強(qiáng)學(xué)生探究式學(xué)習(xí)的興趣。MATLAB軟件可以搭建虛擬系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的仿真任務(wù)，把這個(gè)軟件引入到教學(xué)活動(dòng)中，已經(jīng)被越來(lái)越多的老師所采用。例如在講授轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性分析時(shí)，在MATLAB/SIMULINK環(huán)境下根據(jù)具體的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)該雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，仿真觀察其動(dòng)態(tài)特性，改變各調(diào)節(jié)器參數(shù)，由虛擬示波器得到不同的曲線，分析仿真結(jié)果，使學(xué)生直觀地認(rèn)識(shí)到所研究的雙閉環(huán)系統(tǒng)的特點(diǎn)。在課程設(shè)計(jì)過程中，可以鼓勵(lì)學(xué)生使用MATLAB軟件對(duì)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行仿真驗(yàn)證，克服了傳統(tǒng)教學(xué)中枯燥、抽象、難以理解等弊端，達(dá)到良好的教學(xué)效果。
7.作業(yè)和考試方式上的改革
靈活布置和批改作業(yè)，提高教學(xué)效果。在課程教學(xué)中，根據(jù)重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容并結(jié)合實(shí)際調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)，適當(dāng)布置一些具有實(shí)踐性、挑戰(zhàn)性的作業(yè)，以啟迪學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，進(jìn)一步拓展知識(shí)、開闊思路。此外，還布置學(xué)生撰寫科技論文，培養(yǎng)學(xué)生查閱文獻(xiàn)、分析歸納資料、書寫論文、進(jìn)行初步科學(xué)研究的意識(shí)和能力。
靈活運(yùn)用多種考核形式，綜合評(píng)定課程學(xué)習(xí)成績(jī)。考試形式有：以考試為主，在課程網(wǎng)站上公布考試題目的類型，正確引導(dǎo)學(xué)生的復(fù)習(xí)方法和內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)考查學(xué)生運(yùn)用知識(shí)分析問題，綜合解決問題的能力，變單純考核記憶能力的考試方式為重能力、求創(chuàng)新的考試方式。考試題目上有30分左右的英文題目，要求學(xué)生用英語(yǔ)作答，加強(qiáng)本課程的雙語(yǔ)教學(xué)力度。對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)、課堂發(fā)言與科技論文寫作考慮權(quán)重加權(quán)求和，給出課程的綜合評(píng)價(jià)。
三、課程教學(xué)的預(yù)備和輔助工作建設(shè)
加強(qiáng)課程教學(xué)的師資隊(duì)伍、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境和實(shí)踐性教學(xué)準(zhǔn)備工作屬于課程教學(xué)的預(yù)備和輔助工作建設(shè)，為課程教學(xué)提供強(qiáng)有力的保障。
1.課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)的建設(shè)
自動(dòng)控制系統(tǒng)課程的一個(gè)特點(diǎn)是實(shí)踐性強(qiáng)。任課教師的科研與工程實(shí)踐方面的經(jīng)驗(yàn)與能力對(duì)教學(xué)過程和教學(xué)效果的影響至關(guān)重要。由于課程的內(nèi)容大量涉及到工程實(shí)際，而大多數(shù)新教師的學(xué)習(xí)經(jīng)歷都是從學(xué)校到學(xué)校，沒有現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，缺少實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，理論教學(xué)和實(shí)際脫節(jié)，對(duì)課程內(nèi)容的理解深度受到限制，從而影響實(shí)際的教學(xué)效果。[5]近幾年，課題組加強(qiáng)對(duì)教師的實(shí)踐能力培養(yǎng)，提高教師自身的科研素質(zhì)，提高對(duì)新技術(shù)的敏感性。具體的做法有：選擇合適的工礦企業(yè)，派教師到這些單位參與生產(chǎn)和產(chǎn)品研發(fā)，掌握實(shí)際中應(yīng)用的最先進(jìn)技術(shù)，提高教師的工程實(shí)踐能力和科研能力；鼓勵(lì)新教師申請(qǐng)、主持或參與橫向項(xiàng)目；聘請(qǐng)?jiān)诠さV企業(yè)有工作經(jīng)歷的具有豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的高級(jí)職稱人員兼職教師進(jìn)行授課，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行工程實(shí)踐。通過教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)，教師互通有無(wú)，帶動(dòng)整個(gè)教學(xué)團(tuán)隊(duì)的教學(xué)、科研、工程實(shí)踐能力的提高。
2.網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境建設(shè)
為適應(yīng)教學(xué)網(wǎng)絡(luò)化和信息化的發(fā)展趨勢(shì)，先后投入大量資金和人力，依托國(guó)家級(jí)、省級(jí)精品課程建設(shè)及重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)，建設(shè)了“自動(dòng)控制系統(tǒng)”精品課程教學(xué)網(wǎng)站。在網(wǎng)站原有內(nèi)容的基礎(chǔ)上，不斷吸納校內(nèi)、校外以及國(guó)外專家、同行、學(xué)生在利用精品課程資源學(xué)習(xí)過程中提出的意見和建議，來(lái)優(yōu)化精品課程建設(shè)方案，從而調(diào)整和補(bǔ)充精品課程的教學(xué)內(nèi)容，促進(jìn)精品課程建設(shè)者與使用者的互動(dòng)。[6]目前正在以虛擬仿真實(shí)驗(yàn)、遠(yuǎn)程監(jiān)控和直流控制電路板制作三個(gè)實(shí)踐性環(huán)節(jié)作為整個(gè)教學(xué)系統(tǒng)實(shí)踐部分的核心開發(fā)網(wǎng)上遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)平臺(tái)，為學(xué)生進(jìn)行綜合實(shí)驗(yàn)提供了良好的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境。
3.實(shí)踐性教學(xué)環(huán)境建設(shè)
自動(dòng)控制系統(tǒng)的另一個(gè)特點(diǎn)是通用性強(qiáng)。課程內(nèi)容不是專門針對(duì)某一種專門控制系統(tǒng)的工程技術(shù)，而是適用于很多控制系統(tǒng)和裝置。以國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心“電工電子實(shí)驗(yàn)中心”和電力電子與自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中心作為依托，構(gòu)建了“自動(dòng)控制系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)新體系，建立了“立體化”實(shí)踐教學(xué)模式；形成了“主導(dǎo)、自主、開放、創(chuàng)新”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念；建成了能夠進(jìn)行“驗(yàn)證、設(shè)計(jì)、研究、創(chuàng)新等實(shí)驗(yàn)以及學(xué)生競(jìng)賽、科研活動(dòng)等一條龍”的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)。自行研制設(shè)計(jì)開發(fā)了多功能調(diào)試平臺(tái)、微控制器開發(fā)系統(tǒng)、機(jī)器人控制、三級(jí)倒立擺等實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備，為培養(yǎng)學(xué)生的理論聯(lián)系實(shí)際和系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)能力創(chuàng)造了良好的條件。我校國(guó)家級(jí)電工電子教學(xué)示范中心和電力電子與自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室是開放實(shí)驗(yàn)室，全天候開放，為“自動(dòng)控制系統(tǒng)”課程相關(guān)實(shí)驗(yàn)的開設(shè)提供了充分的保障。
在實(shí)踐教學(xué)方面，根據(jù)實(shí)際科研中的經(jīng)驗(yàn)，把大型項(xiàng)目分解成若干個(gè)子項(xiàng)目，給學(xué)生創(chuàng)設(shè)具有思考性、創(chuàng)新性的問題，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、創(chuàng)新意識(shí)，做到以科研促教學(xué)；在日常的教學(xué)活動(dòng)中，注重把新技術(shù)、新成果引入課堂教學(xué)，鼓勵(lì)優(yōu)秀的學(xué)生參加教師的科研項(xiàng)目，使教學(xué)和科研有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，激發(fā)學(xué)生科學(xué)研究的意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。
四、結(jié)語(yǔ)
根據(jù)自動(dòng)控制系統(tǒng)課程的特點(diǎn)，結(jié)合本校培養(yǎng)人才社會(huì)服務(wù)對(duì)象的實(shí)際，自動(dòng)控制系統(tǒng)精品課程課題組進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的精練、教學(xué)手段的豐富和教學(xué)實(shí)踐的完善，從學(xué)科特色、教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方式等方面入手，充分利用多媒體及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及性及便利性，加強(qiáng)了精品課程建設(shè)。在本精品課程的示范和激勵(lì)下，電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的主干課程“供電技術(shù)”在2010年成果申報(bào)為國(guó)家級(jí)精品課程，自動(dòng)化專業(yè)的主干課程“電力電子技術(shù)”“自動(dòng)控制原理”課程也相繼建設(shè)成為了省校級(jí)精品課程，[7]從而推動(dòng)了自動(dòng)化和電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)及學(xué)科的整個(gè)課程體系的發(fā)展，提高了電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院各個(gè)專業(yè)的教育教學(xué)的質(zhì)量，為高校培養(yǎng)高質(zhì)量、高素質(zhì)人才提供了強(qiáng)有力的保障。
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1.前言
隨著我國(guó)煤炭生產(chǎn)的不斷發(fā)展，礦井運(yùn)輸已趨于皮帶化、高速化，大運(yùn)量的皮帶運(yùn)輸機(jī)已經(jīng)成為我國(guó)礦井運(yùn)輸?shù)闹饕ぞ?。如何安全[1]、可靠地實(shí)現(xiàn)對(duì)皮帶堆煤事故的檢測(cè)，對(duì)于保障煤礦安全生產(chǎn)具有重要的意義。
目前大多采用堆煤傳感器對(duì)膠帶輸送機(jī)進(jìn)行保護(hù)，現(xiàn)有的堆煤傳感器[2][3]可大致分為3類：
（1）基于行程開關(guān)的堆煤傳感器；
（2）基于水銀開關(guān)或煤油開關(guān)的堆煤傳感器；
（3）基于電極式原理的堆煤傳感器。
由于以上三類傳感器都是基于碰觸檢測(cè)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)皮帶堆煤檢測(cè)，當(dāng)有大的煤塊經(jīng)過，或是有工人誤碰觸時(shí)容易發(fā)生誤報(bào)警現(xiàn)象?，F(xiàn)有的堆煤傳感器有以下不足之處：
（1）由于煤礦環(huán)境復(fù)雜，行程開關(guān)的堆煤傳感器易受煤塵濕氣等外部環(huán)境影響常常不能及時(shí)準(zhǔn)確報(bào)警，其耐用性、靈敏度、可靠性都不十分理想；
（2）水銀開關(guān)或煤油開關(guān)的堆煤傳感器無(wú)法實(shí)現(xiàn)全方位的高精度的測(cè)量，自身抗干擾能力較差；
（3）電極式堆煤傳感器需要定期清理電極座過多的煤，尤其是噴水后應(yīng)將煤塵和水擦干凈，維護(hù)頻率高，此外電極式傳感器的準(zhǔn)確率和誤報(bào)率還與煤的干濕度有很大關(guān)系；
（4）使用接觸式傳感器，存在機(jī)械磨損同時(shí)煤塊與傳感器摩擦容易產(chǎn)生火花，影響安全生產(chǎn)；
（5）監(jiān)測(cè)不具可視化，監(jiān)控者只能看到一些數(shù)字化指標(biāo)，檢測(cè)效果差。
為了有效果地解決以上幾個(gè)方面的問題，本文提出采用非接觸式的視頻圖像處理方法來(lái)實(shí)現(xiàn)礦井皮帶堆煤狀態(tài)的檢測(cè)。
2.皮帶堆煤檢測(cè)圖像識(shí)別原理
2.1 識(shí)別原理
本文嘗試將圖像識(shí)別技術(shù)引入到煤礦井下皮帶堆煤檢測(cè)裝置中。由于皮帶頭落煤點(diǎn)發(fā)生堆煤事故時(shí)，在皮帶頭落煤點(diǎn)會(huì)有大量的煤塊發(fā)生堆積，此時(shí)落煤點(diǎn)處圖像會(huì)發(fā)生顯著的變化。因此可在皮帶頭落煤處斜上方合適位置安裝礦用攝像機(jī)，利用皮帶頭堆煤事故發(fā)生前后的圖像特征變換進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。當(dāng)在預(yù)先設(shè)定區(qū)域內(nèi)原本穩(wěn)定無(wú)變化的圖像中出現(xiàn)了變化，即最新采集到的一幀圖像與背景圖像差分后發(fā)現(xiàn)有不同處，如出現(xiàn)了煤塊堆積影像，就可判定為皮帶頭落煤處發(fā)生堆煤事故。此時(shí)軟件系統(tǒng)會(huì)控制硬件做出相應(yīng)反應(yīng)，報(bào)警或直接將皮帶機(jī)斷電停機(jī)。
由于煤礦井下運(yùn)輸巷的環(huán)境較惡劣，光線較昏暗，礦用攝像機(jī)采用低照度長(zhǎng)壽命CCD攝像機(jī)，攝像機(jī)的安裝地點(diǎn)要兼顧實(shí)用性?；谝陨?個(gè)原則，在皮帶頭落煤點(diǎn)上方合適位置安裝礦用攝像機(jī)。攝像機(jī)的安裝方式如圖1所示。將礦用攝像機(jī)對(duì)準(zhǔn)皮帶頭落煤點(diǎn)處進(jìn)行拍攝，一旦有皮帶堆煤事故發(fā)生，在攝像機(jī)監(jiān)控圖像預(yù)先設(shè)定的區(qū)域內(nèi)就會(huì)得到與正常情況下不同的圖像。圖像傳到計(jì)算機(jī)以后，經(jīng)過圖像分析軟件的識(shí)別，發(fā)出皮帶堆煤警報(bào)。
圖1 皮帶堆煤檢測(cè)攝像機(jī)安裝方式
2.2 堆煤圖像識(shí)別算法研究
背景差分法是最為常用的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)和分割方法之一[4][5]，背景差分的基本原理就是利用兩幀圖像之間的差來(lái)判斷物體的出現(xiàn)和運(yùn)動(dòng)，背景差分法用序列中的每一幀與一個(gè)固定的靜止參考幀（不存在任何運(yùn)動(dòng)物體）做圖像差，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是位置精確速度快，滿足實(shí)時(shí)處理的要求，因?yàn)樗恍枰@取當(dāng)前的一幅圖像。背景差分方法檢測(cè)效果的好壞在很大程度上依賴于背景圖像的質(zhì)量。閾值的選擇相當(dāng)關(guān)鍵，選擇過低不足以抑制圖像中的噪聲，過高則忽略了圖像中有用的變化。對(duì)于比較大的、顏色一致的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，有可能在目標(biāo)內(nèi)部產(chǎn)生空洞，無(wú)法完整地提取運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。
2.2.1 背景模型建立
背景模型建立[6]是背景差分方式的基礎(chǔ)和核心環(huán)節(jié)。采用背景差分的方法對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，首先要建立穩(wěn)定清晰的背景，再用攝像機(jī)獲取的當(dāng)前圖像和背景圖像進(jìn)行差分運(yùn)算。并對(duì)差分圖像進(jìn)行區(qū)域分割，提取出運(yùn)動(dòng)區(qū)域。
背景估計(jì)有很多方法，研究人員已提出了許多背景建模算法，但總的來(lái)講可以概括為非回歸遞推和回歸遞推兩類。非回歸背景建模算法是動(dòng)態(tài)的利用從某一時(shí)刻開始到當(dāng)前一段時(shí)間內(nèi)存儲(chǔ)的新近觀測(cè)數(shù)據(jù)作為樣本來(lái)進(jìn)行背景建模。非回歸背景建模方法有最簡(jiǎn)單的幀間差分、中值濾波方法等?；貧w算法在背景估計(jì)中無(wú)需維持保存背景估計(jì)幀的緩沖區(qū)，它們是通過回歸的方式基于輸入的每一幀圖像來(lái)更新某個(gè)時(shí)刻的背景模型。這類方法包括廣泛應(yīng)用的線性卡爾曼濾波法、Stauffe與Grimson提出的混合高斯模型等。本系統(tǒng)采用效果較好且效率相對(duì)較高的均值法，即任意像素點(diǎn)的背景信息由序列圖像中對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)顏色的均值來(lái)確定，如式（1）所示：
（1）
Ik（i，j）表示第k幀圖像，B（i，j）表示背景圖像。由于煤礦井下光照較為恒定，因此一般選取前一百幀靜態(tài)畫面的圖像，取平均后作為背景模型圖像。
2.2.2 運(yùn)動(dòng)團(tuán)塊的提取
根據(jù)運(yùn)動(dòng)物體和場(chǎng)景中的靜止背景在亮度、色度上的不同，將圖像序列的每一幀圖像與背景圖像作差，然后二值化，就可以得到每一幀的運(yùn)動(dòng)點(diǎn)團(tuán)：圖像中的一個(gè)像素，如果它與背景圖像對(duì)應(yīng)像素的距離大于一個(gè)閾值，則認(rèn)為它是前景，輸出1，否則為背景，輸出0。最后得到的二值圖像就是運(yùn)動(dòng)團(tuán)塊圖像。
圖2 運(yùn)動(dòng)團(tuán)塊提取流程圖
圖3 背景相差二值化結(jié)果圖
兩幀圖像的差是指兩幀中對(duì)應(yīng)像素矢量的距離。常用的矢量距離是歐氏距離和馬氏距離，本文采用歐氏距離運(yùn)動(dòng)團(tuán)塊提取的方法。
歐氏距離提取運(yùn)動(dòng)點(diǎn)團(tuán)的具體算法如下：
（1）設(shè)背景圖像是B（x，y）
（2）遍歷當(dāng)前幀的每一個(gè)像素（x，y）
如果：
（2）
則：輸出G（x，y）=1，否則：G（x，y）=0
（3）G（x，y）就是當(dāng)前幀的運(yùn)動(dòng)點(diǎn)團(tuán)圖像。
2.2.3 閾值選取技術(shù)
對(duì)于不同光線背景下的差分圖像，用固定的閾值T去進(jìn)行二值化處理顯然不能對(duì)每一幀圖像都達(dá)到很好的效果。希望得到的閾值不僅可以將目標(biāo)從背景中分離出來(lái)，而且要能根據(jù)不同的圖像來(lái)智能地選取。在此我們采用Otus閾值化技術(shù)[7]，以簡(jiǎn)化閾值的選取OTS方法的基本思想是：選取的最佳閾值T應(yīng)該使得不同類間的分離性最好。
對(duì)于灰度級(jí)為0～255，M×N的一幅圖像，記f（i，j）為圖像點(diǎn)（i，j）處的灰度值。
Otus法具步驟：
（1）計(jì)算圖像的直方圖統(tǒng)計(jì)結(jié)果，得到灰度值為k的頻率PHS（k）為：
（3）
（2）計(jì)算圖像的灰度均值為：
（4）
（3）計(jì)算機(jī)灰度類均值和類直方圖之和：
（5）
（6）
（4）計(jì)算類分離指標(biāo)為：
（7）
最后，求出使達(dá)到最大的值S，則最佳閾值。
圖3所示為通過Otus法求得最佳閾值后背景相差后的結(jié)果。
2.3 基于虛擬檢測(cè)區(qū)域的皮帶堆煤檢測(cè)
在采集到的視頻圖像幀中，在皮帶落煤點(diǎn)處人為地設(shè)置一個(gè)虛擬矩形檢測(cè)區(qū)域。根據(jù)堆積的煤塊占矩形區(qū)域面積是否超過設(shè)定的閾值，判斷是否存在堆煤。矩形檢測(cè)區(qū)域的大小根據(jù)皮帶煤流大小及落煤點(diǎn)區(qū)域大小來(lái)設(shè)定。
圖4 檢測(cè)區(qū)域的設(shè)置
3.皮帶堆煤檢測(cè)圖像識(shí)別程序設(shè)計(jì)
皮帶堆煤檢測(cè)圖像識(shí)別程序開發(fā)環(huán)境采用WINDOWS 7操作系統(tǒng)，開發(fā)工具為VS2010。
系統(tǒng)包含以下幾個(gè)部分：
（1）視頻圖像獲取。由礦用攝像機(jī)采取皮帶落煤點(diǎn)圖像，并通過井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)傳送到地面PC機(jī)。
（2）設(shè)定虛擬檢測(cè)矩形區(qū)域。根據(jù)攝像機(jī)和皮帶落煤點(diǎn)距離以及與皮帶落煤點(diǎn)所成的角度，合理設(shè)置虛擬矩形區(qū)域的大小及在視頻圖像上的位置。
（3）皮帶落煤點(diǎn)煤流檢測(cè)。對(duì)獲取到的視頻圖像進(jìn)行建立背景模型、背景減除、二值化閾值和后處理，提取出落煤點(diǎn)堆積煤流信息。
（4）堆煤檢測(cè)。根據(jù)堆積煤塊圖像占矩形區(qū)域的比例是否超過設(shè)定閾值，來(lái)判斷是否發(fā)生堆煤。
系統(tǒng)流程圖如圖5所示：
圖5 系統(tǒng)流程圖
4.皮帶堆煤檢測(cè)圖像識(shí)別實(shí)驗(yàn)及結(jié)果
本系統(tǒng)軟件在Windows 7操作系統(tǒng)VS2010編譯環(huán)境下調(diào)試，硬件配置為雙核CPU2.8GHz主頻，4G內(nèi)存。程序界面見圖6。
圖6 程序界面
試驗(yàn)中所得結(jié)果圖像如圖7所示：
圖7 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
在試驗(yàn)中，該系統(tǒng)選用了聲光報(bào)警器作為報(bào)警輸出設(shè)備，對(duì)皮帶堆煤檢測(cè)報(bào)警率不小于96%，從產(chǎn)生堆煤事故到報(bào)警發(fā)出的時(shí)間為0.6～1.5s，平均反應(yīng)時(shí)間約為1.1s。
5.結(jié)論
煤礦皮帶落煤點(diǎn)堆煤?jiǎn)栴}在國(guó)內(nèi)外普遍存在，到目前為止沒有一種可行的方法能夠有效的解決這個(gè)問題。本文主要利用圖像處理技術(shù)，針對(duì)煤礦皮帶頭落煤點(diǎn)發(fā)生堆煤時(shí)，圖像特征發(fā)生變化進(jìn)行識(shí)別，分析皮帶頭落煤點(diǎn)圖像特點(diǎn)，通過視頻背景相差的方法來(lái)識(shí)別堆煤。得出如下結(jié)論：作為非接觸式皮帶堆煤檢測(cè)方法，基于圖像識(shí)別的堆煤檢測(cè)系統(tǒng)可以有效解決接觸式堆煤傳感器存在的問題。隨著計(jì)算機(jī)運(yùn)算能力的提高和煤礦井下工業(yè)電視系統(tǒng)的普及，該檢測(cè)方法有廣闊的應(yīng)用前景。
參考文獻(xiàn)
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電氣自動(dòng)化課程一般都開設(shè)《自動(dòng)控制原理》等關(guān)于電氣自動(dòng)化技術(shù)基礎(chǔ)方面的課程， 課程內(nèi)容除了一些有關(guān)自動(dòng)化系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論外，其課程中所講述的電氣自動(dòng)化技術(shù)、裝置與器件，大多數(shù)都與當(dāng)前工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用的技術(shù)、裝置與器件有脫節(jié)。顯然，這樣的教學(xué)，無(wú)論是內(nèi)容、方法及水平、都已大大落后于技術(shù)的發(fā)展，脫離了職業(yè)崗位的需求。深化校企合作，創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，緊密結(jié)合產(chǎn)業(yè)發(fā)展，深化課程體系和課程內(nèi)容改革，在辦學(xué)過程中，電氣自動(dòng)化專業(yè)逐步構(gòu)建起了“校企融合、能力遞進(jìn)”的工學(xué)結(jié)合人才培養(yǎng)模式。以“工學(xué)結(jié)合”的模式校企共同培養(yǎng)本專業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備應(yīng)用方向的學(xué)生。既突出崗位技能，又注重人文素質(zhì)培養(yǎng)。學(xué)生綜合素質(zhì)高，專業(yè)技能強(qiáng)，從而受到用人單位的普遍歡迎。
根據(jù)本地區(qū)經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展對(duì)高技能專門人才的實(shí)際需求，基于電氣自動(dòng)化專業(yè)崗位典型工作任務(wù)，以能力培養(yǎng)為主線，將中（高）級(jí)維修電工、可編程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)師、機(jī)電一體化工等職業(yè)資格認(rèn)證課程內(nèi)容融入到專業(yè)課程體系。構(gòu)建以電氣控制系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)及技術(shù)改造；自動(dòng)化生產(chǎn)線的組裝與調(diào)試、維護(hù)和維修及電子線路的設(shè)計(jì)與維修等3大能力培養(yǎng)為主線的課程體系。有專業(yè)指導(dǎo)委員會(huì)對(duì)人才培養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行恰當(dāng)?shù)亩ㄎ?；根?jù)培養(yǎng)目標(biāo)，設(shè)計(jì)培養(yǎng)規(guī)格；根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)與培養(yǎng)規(guī)格制定人才培養(yǎng)方案，人才培養(yǎng)方案擁有科學(xué)的理論、實(shí)踐教學(xué)有機(jī)整合的模塊化課程體系。 根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)、培養(yǎng)規(guī)格與培養(yǎng)方案，以校內(nèi)、校外實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)基地為載體，采用“任務(wù)驅(qū)動(dòng)、實(shí)境育人”的人才培養(yǎng)模式，采用“項(xiàng)目引導(dǎo)”、“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”、“學(xué)訓(xùn)交替”等多種工學(xué)結(jié)合適合職業(yè)教育目標(biāo)的課程組織模式。通過畢業(yè)生的社會(huì)反饋，畢業(yè)生適應(yīng)本地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求。
電氣自動(dòng)化技術(shù)課程的設(shè)置主要有兩種方法，一是在保持原來(lái)開設(shè)的電氣自動(dòng)化基礎(chǔ)課程基礎(chǔ)上，將當(dāng)前通用的電氣自動(dòng)化技術(shù)插入到傳統(tǒng)技術(shù)課程中，如將 PLC技術(shù)或變頻調(diào)速技術(shù)穿插到電機(jī)控制、接觸器/繼電器控制等技術(shù)中，以解決電氣自動(dòng)化技術(shù)課程不足的問題。二是單獨(dú)開設(shè)自動(dòng)控制原理、傳感器、PLC、單片機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)、變頻調(diào)速技術(shù)、供配電技術(shù)、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)、組態(tài)技術(shù)等都課程，由于信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)在電氣自動(dòng)化領(lǐng)域中的應(yīng)用日益廣泛，要求我們必須改革原有課程體系中陳舊的內(nèi)容，并根據(jù)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展增加新的教學(xué)內(nèi)容。
強(qiáng)調(diào)以素質(zhì)教育為核心的“基礎(chǔ)+專業(yè)”結(jié)構(gòu)本科人才培養(yǎng)模式，隨著教學(xué)改革新形勢(shì)的不斷變化而變化。學(xué)校制定和修訂人才培養(yǎng)計(jì)劃，要貫徹黨的教育方針，遵循高等教育教學(xué)基本規(guī)律，主動(dòng)適應(yīng)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、文化和科技發(fā)展對(duì)人才培養(yǎng)的需要。固化學(xué)校已經(jīng)取得的教育教學(xué)研究成果，借鑒、吸收外校教學(xué)改革的成功經(jīng)驗(yàn)，體現(xiàn)學(xué)校定位和人才培養(yǎng)目標(biāo)，反映學(xué)校辦學(xué)特色。堅(jiān)持知識(shí)、能力、素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展和綜合提高，使學(xué)生得到全面發(fā)展。堅(jiān)持整體優(yōu)化，科學(xué)地處理好各教學(xué)環(huán)節(jié)之間的關(guān)系；堅(jiān)持共性與個(gè)性的充分結(jié)合，因材施教，促進(jìn)學(xué)生個(gè)性發(fā)展；突出人才培養(yǎng)特色，滿足行業(yè)發(fā)展需求，構(gòu)建適應(yīng)未來(lái)社會(huì)發(fā)展以及終身教育需求的知識(shí)結(jié)構(gòu)、能力結(jié)構(gòu)及綜合素質(zhì)培養(yǎng)。
1 概述
現(xiàn)在的膠帶輸送機(jī)系統(tǒng)多數(shù)采用單片機(jī)控制，運(yùn)行穩(wěn)定性不高，智能化不強(qiáng)，尤其是綜合保護(hù)裝置穩(wěn)定性差，各種保護(hù)傳感器故障發(fā)生頻繁，而且主機(jī)控制模塊化，插件易損壞，更換頻率高。由于采用模塊化設(shè)計(jì)，小部分模塊壞時(shí)，企業(yè)往往就要更換整個(gè)大模塊，從而造成資源浪費(fèi)，加大了煤礦生產(chǎn)成本投入。而采用PLC可編程控制程序的綜合保護(hù)裝置，它能夠?yàn)樽詣?dòng)化控制應(yīng)用提供安全可靠和比較完善的解決方案，適合于當(dāng)前工業(yè)企業(yè)對(duì)自動(dòng)化的需要。它的主要優(yōu)點(diǎn)包括：
1.1可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)
高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC控制系統(tǒng)由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，內(nèi)部電路具有先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，為使無(wú)故障工作時(shí)間更長(zhǎng)，采用可編程二重容錯(cuò)處理技術(shù)。此外，PLC控制系統(tǒng)帶有硬件故障自我檢測(cè)功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。
1.2配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)
PLC發(fā)展到今天，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。隨著PLC的不斷發(fā)展， PLC在位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中的技術(shù)應(yīng)用已相當(dāng)成熟。
1.3易學(xué)易用，維護(hù)方便
PLC作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語(yǔ)言易于為工程技術(shù)人員接受。PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來(lái)。
1.4經(jīng)濟(jì)合算
盡管使用PLC首次投資要大些，但它的體積小、所占空間小，輔助設(shè)施的投入少；工作可靠，停工損失少；維修簡(jiǎn)單，維修費(fèi)少；還可再次使用以及能帶來(lái)附加價(jià)值等等，從中可得更大的回報(bào)。
通過以上分析，采用PLC控制系統(tǒng)，能大大改善膠帶輸送機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定差，設(shè)備易損害，成本投入高等缺點(diǎn)。它在綜合保護(hù)裝置技術(shù)中的應(yīng)用十分廣泛，可行性強(qiáng)。
2 PLC控制程序在膠帶輸送機(jī)綜合保護(hù)裝置的應(yīng)用
膠帶輸送機(jī)綜合保護(hù)裝置主要包括主機(jī)、防滑保護(hù)、堆煤保護(hù)和防跑偏保護(hù)、溫度保護(hù)、煙霧保護(hù)和自動(dòng)灑水裝置，以及沿線緊停開關(guān)和全巷道語(yǔ)音報(bào)警信號(hào)等，現(xiàn)就PLC可編程控制系統(tǒng)在綜合保護(hù)裝置中的應(yīng)用做如下介紹：
2.1主機(jī)
主機(jī)可采用PLC多重處理器，并行處理技術(shù)，多重抗干擾技術(shù)，軟件采用模塊化設(shè)計(jì)。使配置應(yīng)用靈活，便于擴(kuò)展維護(hù)，易于編程，可實(shí)時(shí)顯示工作狀態(tài)及故障性質(zhì)，同時(shí)選用可靠性高的連接器件，使其布局合理、體積小、重量輕，本安電路經(jīng)防潮防水處理，避免出現(xiàn)受潮。同時(shí)設(shè)計(jì)啟動(dòng)預(yù)告、啟動(dòng)、停止、緊急停車、聯(lián)鎖等功能的開關(guān)量輸出。包括煙霧保護(hù)、溫度保護(hù)、超溫灑水等。
針對(duì)膠帶輸送機(jī)的頻繁啟動(dòng)，輸送帶容易出現(xiàn)斷帶、撕帶事故的弊端，設(shè)計(jì)膠帶點(diǎn)動(dòng)啟動(dòng)系統(tǒng)。同時(shí)可設(shè)有實(shí)驗(yàn)、集控、工作3種操作方式?？筛鶕?jù)生產(chǎn)，維修需要任意轉(zhuǎn)換，并可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各種傳感器狀況及沿線緊停開關(guān)信號(hào)。
1）在實(shí)驗(yàn)操作方式下，可以對(duì)任意一種傳感器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并確認(rèn)是否完好運(yùn)轉(zhuǎn)正常；
2）在集控操作方式下，可以對(duì)某種故障傳感器進(jìn)行解除和投入。因某種傳感器突然故障或其他原因等，仍使系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)；
3）在工作操作方式下，可以根據(jù)點(diǎn)動(dòng)啟動(dòng)方式，先讓輸送帶得到緩沖，然后第二次按啟動(dòng)按鈕使輸送機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，既減輕了膠帶撕帶接頭的緩沖壓力，避免了膠帶斷帶撕帶現(xiàn)象，有效地遏止了事故的發(fā)生。
2.2煙霧傳感器
采用專用煙霧集成電路，傳感器輸出與煙霧信號(hào)成正比的電壓信號(hào)，經(jīng)電壓比較器及數(shù)字電路處理輸出煙霧超限報(bào)警信號(hào)。特別適合于礦井防火灑水，起到高溫報(bào)警的作用。
2.3速度傳感器
速度傳感器具有發(fā)光管和光電接收管，通過接收滾筒上的磁脈沖，通過在標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)脈沖次數(shù)得到輪的轉(zhuǎn)速，從而得到軸轉(zhuǎn)速。實(shí)現(xiàn)檢測(cè)低速打滑、斷帶和超速保護(hù)。穩(wěn)定性、抗干擾能力強(qiáng)。
2.4防跑偏裝置
可由接線箱和傳動(dòng)桿兩部分組成，導(dǎo)桿采用高速軸承接觸與皮帶同步運(yùn)動(dòng)，減少了皮帶磨損，選用行程開關(guān)，傳動(dòng)導(dǎo)臂大于設(shè)定時(shí)停機(jī)。
2.5堆煤傳感器
采用萬(wàn)向推桿方式，當(dāng)皮帶煤倉(cāng)、煤流超限時(shí)，煤流推動(dòng)導(dǎo)桿大于設(shè)定角度時(shí)，延時(shí)0s~4s主機(jī)動(dòng)作，皮帶停機(jī)。
2.6溫度傳感器
采用專用溫度集成電路和高精度轉(zhuǎn)換器、V/V轉(zhuǎn)換、電壓比較器、報(bào)警器及輸出電路。具有精度高，免校準(zhǔn)，工作穩(wěn)定可靠，設(shè)定容易等優(yōu)點(diǎn)。
2.7急停開關(guān)
作為沿線維修及系統(tǒng)異常事故的安全鎖定，復(fù)位后方可開機(jī)?？刹捎眯谐涕_關(guān)設(shè)計(jì)。輸送機(jī)巷道每個(gè)緊停開關(guān)用拉繩進(jìn)行連接，信號(hào)接入帶式輸送機(jī)控制開關(guān)，實(shí)現(xiàn)在輸送機(jī)巷道內(nèi)任何一點(diǎn)都能緊急停車的功能。
2.8語(yǔ)音信號(hào)器
語(yǔ)音報(bào)警信號(hào)裝置集信號(hào)傳遞、發(fā)光顯示、通話為一體。通過電壓放大器與輸送機(jī)綜合保護(hù)裝置主機(jī)相連接。在全巷道內(nèi)安設(shè)多個(gè)該裝置，并通過電纜串聯(lián)連接，從而在全巷道內(nèi)實(shí)現(xiàn)了報(bào)警功能。當(dāng)輸送帶要啟動(dòng)時(shí)，它與膠帶綜合保護(hù)裝置主機(jī)啟動(dòng)信號(hào)同步響起，在全巷道內(nèi)發(fā)出啟動(dòng)預(yù)警信號(hào)，提醒周圍職工遠(yuǎn)離輸送帶，確保人員安全。
2.9自動(dòng)灑水裝置
灑水裝置應(yīng)安裝在輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置兩側(cè)，其灑水能夠起到對(duì)驅(qū)動(dòng)膠帶和驅(qū)動(dòng)滾筒同時(shí)灑水降溫滅火的效果。它與溫度保護(hù)、煙霧保護(hù)裝置的作用是當(dāng)輸送帶在驅(qū)動(dòng)滾筒上打滑，使輸送帶與驅(qū)動(dòng)滾筒摩擦，驅(qū)動(dòng)滾筒與輸送帶的溫度升高，熱量積聚，產(chǎn)生煙霧時(shí)，監(jiān)測(cè)溫度信號(hào)、煙霧信號(hào)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)停機(jī)，并自動(dòng)灑水，把事故消滅在萌芽狀態(tài)。
3 結(jié)論
中圖分類號(hào)：TP311文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2012)10-2395-04
Modbus Protocol Applied in the Communication of S7-226 and HSPY DC Power
LIU Shi-chao
(Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China)
Abstract: IN DC power control system of Dense Medium Separation ,based on the Modbus protocol,realized the communication between S7-200PLC and HSPY DC power. IN Modbus communication protocol,Siemens S7-226 PLC is master,HSPY DC power is slave, use communication to control the start of the DC power supply, stop, and the change in current. Instruced Modbus library in the Step 7 MicroWin Software of Siemens, and used the serial port debugging software to facilitate the writing and debugging of the program. Modbus simplify external wiring ,solve the interference and distortion in the transmission process of conventional switching of analog signals , the communication control method can easily read the information of the operation of the DC power ,monitoring the DCpower operation status .
Key words: communication; Modbus agreement; S7-226 ; DC power
某選煤廠為了在線調(diào)節(jié)控制三產(chǎn)品旋流器二段分選密度，外加螺線圈來(lái)用磁場(chǎng)影響磁鐵礦粉的分布。螺線圈是采用直流電源來(lái)供電，系統(tǒng)要求通過調(diào)節(jié)電流來(lái)控制螺線圈磁場(chǎng)，因此要控制直流電源的運(yùn)行狀態(tài)。控制信號(hào)需要從集控室開始需要傳輸五百米才能到達(dá)直流電源，從而控制直流電源動(dòng)作。在一般工業(yè)應(yīng)用中，對(duì)于電源的控制大部分采用的是0-24mA或0-5V模擬量控制，很少總線控制方式。但經(jīng)過比較和實(shí)際使用發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)總線與模擬量控制相比有很多優(yōu)勢(shì)，最顯著的是具有很高的可靠性高，避免失真，并且交換的信息非常多樣化，因此越來(lái)越多的設(shè)備開始支持串口通信協(xié)議，可以預(yù)見總線控制方式通信在工程上的應(yīng)用將越來(lái)越廣泛。
MODBUS通信協(xié)議是MODICON公司提出的一種報(bào)文傳輸協(xié)議，是全球第一個(gè)真正用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的總線協(xié)議[1]。它廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，并已經(jīng)成為一種通用的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。MODBUS通信協(xié)議可以支持多種電氣接口，如RS-232、RS-485等，還可以在各種介質(zhì)上傳送，如雙絞線、光纖、無(wú)線等。不同廠商提供的控制設(shè)備可通過MODBUS協(xié)議連成通信網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)集中控制。已經(jīng)有很多通過MODBUS通信協(xié)議進(jìn)行PLC和變頻器的成功案例[2]。該文中采用MODBUS協(xié)議進(jìn)行S7-226和HSPY程控直流穩(wěn)壓電源的通訊，可以更好地控制電源，監(jiān)控電源運(yùn)行狀態(tài)，來(lái)解決信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸失真的問題。
1PLC與HSPY程控直流穩(wěn)壓電源通信控制系統(tǒng)
在此系統(tǒng)方案中PLC采用西門子公司的SIMATIC S7－226CN，直流電源采用HSPY程控直流穩(wěn)壓電源。S7－226系列PLC的CPU內(nèi)部集成了2個(gè)通信端口，該通信口為標(biāo)準(zhǔn)的RS485串口，可以在三種方式下工作，即PPI方式、MPI方式和自由通信口方式。系統(tǒng)可以將一個(gè)通信端口設(shè)為PPI方式用于連接工控機(jī)也可將其設(shè)置為MPI方式以連接觸摸屏，做為人機(jī)信息交換[2]。而另一個(gè)通信端口設(shè)為自由通信口方式，自由通信口方式是S7－200的一個(gè)特色功能，是一種通信協(xié)議完全開放的功能工作方式。在自由通信口方式下的通信口的協(xié)議由外設(shè)決定，PLC通過程序來(lái)適應(yīng)外設(shè)，從而使得S7－200系列的PLC可以與任何具備通信能力并且協(xié)議公開的設(shè)備通信[3] [4]。系統(tǒng)中的HSPY程控直流穩(wěn)壓電源均內(nèi)置了Modbus現(xiàn)場(chǎng)總線，相關(guān)系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示，PLC的Port0通訊端口和HSPY程控直流穩(wěn)壓電源構(gòu)成Modbus總線。通過S7－226CN控制多臺(tái)HSPY程控直流穩(wěn)壓電源，完成系統(tǒng)控制要求，實(shí)現(xiàn)對(duì)直流穩(wěn)壓電源的輸出電流、電壓設(shè)定，運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控及數(shù)據(jù)交換等。
圖1直流電源控制系統(tǒng)
本系統(tǒng)中PLC作為主站，直流穩(wěn)壓電源作為從站，主站向直流穩(wěn)壓電源發(fā)送運(yùn)行指令，同時(shí)接受直流穩(wěn)壓電源反饋的運(yùn)行狀態(tài)及故障報(bào)警狀態(tài)的信號(hào)等。
2MODBUS通信協(xié)議在電源通信控制系統(tǒng)中的使用
西門子在Micro／Win V4.0 SP5中正式推出Modbus RTU主站命令庫(kù)，西門子標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)指令通過調(diào)用該指令庫(kù)可以使S7－200CPU上的通信口設(shè)置在自由口模式下成為Modbus RTU的主站。在S7－200控制系統(tǒng)應(yīng)用中，要實(shí)現(xiàn)Modbus RTU通訊，需要STEP7－Micro／Win32 V4.0 SP5以上版本，并且安裝Modbus指令庫(kù)，如圖2，STEP7－Micro／Win32指令庫(kù)包含有專門為Modbus通訊設(shè)計(jì)的預(yù)先定義的子程序和中斷服務(wù)程序，使得PLC與Modbus從站的通訊簡(jiǎn)單易行[5]。
圖2 Modbus命令庫(kù)
2.1 MODBUS RTU主站命令庫(kù)使用步驟
使用Modbus RTU主站命令庫(kù)，可以讀寫MODBUS RTU從站的數(shù)字量、模擬量I/O、以及保持寄存器[2]。按照一下步驟使用MODBUS RTU主站命令庫(kù)：
1)安裝西門子標(biāo)準(zhǔn)MODBUS RTU指令庫(kù)。
2)調(diào)用MODBUS RTU主站初始化和控制子程序，使用SM0.0調(diào)用MBUS_CTRL完成主站的初始化，并啟動(dòng)其功能控制。
3)在CPU的V數(shù)據(jù)區(qū)中為MODBUS分配存儲(chǔ)區(qū)。
4)調(diào)用MODBUS RTU主站讀寫子程序MBUS_MSG，發(fā)送MODBUS請(qǐng)求。
表1 MODBUS部分功能碼表
2.2 HSPY電源的Modbus通訊規(guī)約
HSPY系列電源支持MODBUS通信協(xié)議，主機(jī)（PLC、RTU、PC機(jī)、DCS等）利用通訊命令，可以任意讀寫其數(shù)據(jù)寄存器。HSPY系列電源支持的MODBUS功能碼為03，10。
HSPY系列電源通訊方式為：
波特率：9600；起始位：1；數(shù)據(jù)位：8；校驗(yàn)位：無(wú)；停止位：1。
2.3 HSPY系列電源的參數(shù)通訊地址的轉(zhuǎn)換
通常MODBUS地址由5位數(shù)字組成，包括起始的數(shù)據(jù)類型代號(hào)，以及后面的偏移地址。MODBUS Master協(xié)議庫(kù)把標(biāo)準(zhǔn)的MODBUS地址映射為所謂MODBUS功能號(hào)，讀寫從站的數(shù)據(jù)。MODBUS Master協(xié)議庫(kù)支持如下地址：
00001 - 09999：數(shù)字量輸出（線圈）
10001 - 19999：數(shù)字量輸入（觸點(diǎn)）
30001 - 39999：輸入數(shù)據(jù)寄存器（通常為模擬量輸入）
40001 - 49999：數(shù)據(jù)保持寄存器
HSPY系列電源的參數(shù)通訊地址是16進(jìn)制數(shù)，首先轉(zhuǎn)為10進(jìn)制，由于S7-200 PLC中最小地址為400001，而HSPY系列電源中最小地址為0，所以在寫HSPY系列電源地址時(shí)必須要加1。例如，電源的電壓設(shè)定值參數(shù)通訊地址是1000H，轉(zhuǎn)為10進(jìn)制是4096，加1后是4097，寄存器地址欄要寫44097.
3串口調(diào)試軟件進(jìn)行MODBUS通信調(diào)試
由于程序編寫比較繁瑣，一旦出現(xiàn)錯(cuò)誤可能會(huì)損害HSPY電源，為了避免損害的發(fā)生，可以利用串口調(diào)試軟件進(jìn)行MODBUS通信調(diào)試，其優(yōu)點(diǎn)是不必連接HSPY電源，而是在工控機(jī)或PC機(jī)上用串口調(diào)試軟件查看S7－226CN輸出和讀取的數(shù)據(jù)，來(lái)判斷程序是否正確。
一般的工控機(jī)或PC機(jī)沒有RS485串口，可以將通過RS232轉(zhuǎn)RS485轉(zhuǎn)換模塊和PLC連接。RS485線選擇3號(hào)線和8號(hào)線,（其余均斷開）3號(hào)線接T+，8號(hào)線接T-，將另一端9針插頭接到PLC的PORT0通信端口上。也可以通過USB轉(zhuǎn)RS485轉(zhuǎn)換器連接。將編寫的通訊程序下載到PLC中。運(yùn)行程序，打開串口調(diào)試軟件進(jìn)行監(jiān)控，從接收到的數(shù)據(jù)來(lái)看，和設(shè)置的HSPY電源動(dòng)作的數(shù)據(jù)一致，說(shuō)明MODBUS主站程序編寫正確[2] [6]。不一致，則要修改MODBUS通信程序，使其一致。
圖3 PLC串口調(diào)試軟件監(jiān)控界面
4 PLC控制HSPY程控直流穩(wěn)壓電源的部分程序
使用SM0.0調(diào)用MBUS＿CTRL完成主站的初始化，并啟動(dòng)其功能控制，如圖4。
圖4 Modbus RTU主站初始化
圖5(a)上電初始化，將控制電源的數(shù)據(jù)存入S7－226CN的V存儲(chǔ)器。在分配存儲(chǔ)區(qū)時(shí)要注意，數(shù)據(jù)區(qū)不能和其他數(shù)據(jù)區(qū)重疊，否則不能正常通訊。圖5(b)向電源發(fā)送Modbus請(qǐng)求，把1寫入電源寄存器1004，電源開啟；圖5(c)把1寫入電源寄存器1006，鎖定電源面板按鍵；圖5(d)把10寫入電源寄存器1004，電源輸出電流10A；圖5(e)讀取從電源寄存器數(shù)據(jù):圖5(f)把0寫入電源寄存器1004，電源關(guān)閉。
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
圖5部分控制程序
5結(jié)論
該文以S7－200控制系統(tǒng)為例，敘述了利用Modbus RTU協(xié)議指令庫(kù)PLC與HSPY程控直流穩(wěn)壓電源通訊的實(shí)現(xiàn)。采用自由口通訊方式的Modbus RTU協(xié)議很好的解決了PLC與直流電源等智能設(shè)備的通訊問題，不僅能有效解決信號(hào)傳輸過程中失真的問題，而且在通信模式下PLC可以方便控制直流穩(wěn)壓電源的運(yùn)行和讀取直流穩(wěn)壓電源的運(yùn)行信息，對(duì)直流穩(wěn)壓電源進(jìn)行有效監(jiān)控。
參考文獻(xiàn)：
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[2]廖常初. PLC編程及應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.
[3]龔俊,黃銳,戴濤.ACS 550與S7-226PLC自由口通訊[J/OL].[2010-04-17].中國(guó)科技論文在線(paper.省略).
中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/ki.kjdkx.2016.05.024
Exploration on the Development of Electrical Engineering and
Automation Specialty in Local University
JIA Qun
（School of Mechanical and Electrical Engineering， Huai'nan Normal University， Huai'nan， Anhui 232038）
Abstract Local Application-oriented Institutions Oriented open electrical engineering and automation professional must serve the local economic development， to teaching as the center focus on expansion of the engineering practice ability of students， to meet the demand of the professional personnel from the local economy. In place of the normal universities， the transition to engineering and other aspects of the adjustment process， because of its engineering professional foundation is weak， professional accumulation time is short， local colleges and universities need to further integrate various resources， find out for their own development characteristics of students training objectives， requirements， quality requirements.
Key words Electrical Engineering and Automation； engineering practice ability； local economic development
電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)是一門特色非常鮮明的應(yīng)用型工程技術(shù)類專業(yè)。本專業(yè)主要是研究有關(guān)于電能的生產(chǎn)、輸送、應(yīng)用、測(cè)量、轉(zhuǎn)換和控制等方面的內(nèi)容。電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)適用范圍廣，畢業(yè)生既可以從事于強(qiáng)電領(lǐng)域、又可以從事于弱電控制等領(lǐng)域，也可在國(guó)家電力生產(chǎn)行業(yè)、國(guó)家電網(wǎng)、火電、水電、風(fēng)電、太陽(yáng)能等綠色新能源領(lǐng)域工作，對(duì)于地方性本科院校在電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的發(fā)展上更應(yīng)注重學(xué)生應(yīng)用性能力的培養(yǎng)。
1 地方院校培養(yǎng)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的定位
電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)是一個(gè)歸并了多個(gè)電類專業(yè)的寬口徑專業(yè)，它以物理學(xué)、電子學(xué)、電工學(xué)、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)、測(cè)量技術(shù)等原理為基礎(chǔ)的一門綜合性技術(shù)科學(xué)。在電氣工程學(xué)科的歷史沿革中一直具有很強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用背景，航天、航空、交通、電力、冶金、化工、電力、石油、食品、生產(chǎn)制造等行業(yè)的需求是自動(dòng)化學(xué)科的誕生和發(fā)展的主要?jiǎng)恿Γ梢哉f(shuō)電氣工程專業(yè)的應(yīng)用范圍已經(jīng)涉及到社會(huì)生產(chǎn)和發(fā)展的各個(gè)方面，電氣工程學(xué)科必然能夠?yàn)閷?shí)現(xiàn)國(guó)家戰(zhàn)略目標(biāo)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的跨越式發(fā)展發(fā)揮巨大的作用。①
隨著我國(guó)能源利用的結(jié)構(gòu)性調(diào)整，未來(lái)我國(guó)在核能的利用和發(fā)展、高鐵電氣化線路的規(guī)劃和實(shí)施、廣大農(nóng)村的電網(wǎng)改造工程、城鎮(zhèn)電網(wǎng)和變電站的優(yōu)化和升級(jí)工程、電動(dòng)汽車及充電樁電網(wǎng)工程等，這些具有標(biāo)桿性的國(guó)家大項(xiàng)目、大工程的建設(shè)和發(fā)展上，將對(duì)具有高素質(zhì)、電氣技術(shù)過硬的電氣工程專業(yè)畢業(yè)生保持旺盛的專業(yè)需求。我校申辦電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)主要考慮到學(xué)校所在城市是國(guó)家重要的煤炭、電力、化工、能源基地，需要電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)及相關(guān)強(qiáng)電專業(yè)背景的人才，同時(shí)安徽省在近些年經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展過程中也需要大量的本專業(yè)人才來(lái)充實(shí)到工業(yè)生產(chǎn)的第一線，可以說(shuō)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)應(yīng)該和區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要有較強(qiáng)的吻合度。所以，在電氣工程及其自動(dòng)化的專業(yè)建設(shè)上應(yīng)需要厚實(shí)基礎(chǔ)，有效地進(jìn)行專業(yè)積累，整合各方面的教學(xué)資源，專業(yè)特色的挖掘，找出適合自身發(fā)展的目標(biāo)，而不能停留在模仿和學(xué)習(xí)別人，要在別人經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上找出適合自己發(fā)展的途徑，并立足于教學(xué)這條生命線，積極根據(jù)職場(chǎng)的定位需求，認(rèn)真合理地找出本專業(yè)的定位。②③④
2 電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)分解
關(guān)于人才培養(yǎng)模式，教育部原副部長(zhǎng)周遠(yuǎn)清曾作過簡(jiǎn)明扼要的闡述：所謂人才培養(yǎng)模式，實(shí)際上就是人才培養(yǎng)目標(biāo)、培養(yǎng)規(guī)格和基本方式。
教育部《關(guān)于深化教學(xué)改革，培養(yǎng)適應(yīng)21世紀(jì)需要的高質(zhì)量人才的意見》也指出：人才培養(yǎng)模式是學(xué)校為學(xué)生構(gòu)建知識(shí)、能力、素質(zhì)結(jié)構(gòu)，以及實(shí)現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)的方式。
在電氣工程及其自動(dòng)化本科專業(yè)人才培養(yǎng)方案修訂過程中，應(yīng)遵循教育教學(xué)規(guī)律，更新教育教學(xué)觀念，正確處理理論與實(shí)踐、知識(shí)與能力等關(guān)系，注意協(xié)調(diào)統(tǒng)一；進(jìn)一步優(yōu)化和整合課程結(jié)構(gòu)體系。⑤⑥ （如表1所示）
3 適合我校電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)特點(diǎn)的培養(yǎng)目標(biāo)和要求
我校是一所地方性、應(yīng)用型本科高校。學(xué)院在升本后這幾年的發(fā)展過程中，始終本著以“質(zhì)量立校、人才強(qiáng)校、特色興校、依法治校”的發(fā)展策略，不斷地進(jìn)行改革和創(chuàng)新，并進(jìn)一步統(tǒng)籌辦學(xué)規(guī)模與質(zhì)量、統(tǒng)籌師范教育與非師范教育、統(tǒng)籌招生與就業(yè)、統(tǒng)籌辦學(xué)資源與辦學(xué)效益、統(tǒng)籌師資隊(duì)伍數(shù)量與結(jié)構(gòu)，努力做到規(guī)模、結(jié)構(gòu)、質(zhì)量、效益的協(xié)調(diào)發(fā)展，初步形成具有特色的教學(xué)和科研發(fā)展工作的新局面。我院明年將面臨本科專業(yè)評(píng)估，這要求我們?cè)谧ソ虒W(xué)質(zhì)量的同時(shí)必須上規(guī)模，只有盡快創(chuàng)造條件進(jìn)行規(guī)模建設(shè)，從而降低辦學(xué)成本，提高辦學(xué)效益，所以我們考慮整合現(xiàn)有的教學(xué)資源，融合其他相關(guān)的學(xué)科，構(gòu)成互相交叉，共同發(fā)展的學(xué)科群，根據(jù)人才市場(chǎng)的需求來(lái)調(diào)控教學(xué)模式和培養(yǎng)方向的能力。
突出以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)、創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)容，培養(yǎng)應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才為重點(diǎn)，深化教學(xué)體系改革，優(yōu)化課程教學(xué)體系及注重教學(xué)環(huán)節(jié)的實(shí)效，使電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的教育理念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段、教學(xué)效果以及教學(xué)模式，能后適應(yīng)本階段培養(yǎng)人才的需求，創(chuàng)造良好的教學(xué)情境與教學(xué)氛圍。貫徹好我校師范性、地方性、應(yīng)用型的辦學(xué)定位，人才培養(yǎng)的強(qiáng)弱結(jié)合、強(qiáng)電為主。立足淮南，服務(wù)周邊，面向安徽，輻射全國(guó)，為本地區(qū)及安徽省內(nèi)其他地區(qū)的電力行業(yè)、工礦企業(yè)、研發(fā)單位、科研院所、技術(shù)公司等輸送具有寬口徑、厚基礎(chǔ)、強(qiáng)能力、高素質(zhì)，優(yōu)秀的應(yīng)用型工程技術(shù)人才。
培養(yǎng)目標(biāo)：本專業(yè)培養(yǎng)能夠掌握電力系統(tǒng)自動(dòng)化、電機(jī)及其控制等工程技術(shù)領(lǐng)域基礎(chǔ)理論和基本知識(shí)，具有電氣工程師基本素養(yǎng)，能在電力工程、制造加工、化工生產(chǎn)等行業(yè)領(lǐng)域，從事設(shè)計(jì)制造、研制開發(fā)、試驗(yàn)分析、系統(tǒng)運(yùn)行、自動(dòng)控制、電力電子技術(shù)、生產(chǎn)管理以及電子與計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用等方面工作的高素質(zhì)應(yīng)用型專門人才。
知識(shí)要求：掌握高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)、大學(xué)物理等數(shù)理知識(shí)，掌握電路分析、模擬電子、數(shù)字電子等電子技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)；了解電氣工程領(lǐng)域的新技術(shù)、新方法，掌握電機(jī)學(xué)、電力系統(tǒng)分析、電力電子技術(shù)、自動(dòng)控制原理、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)等電氣工程專業(yè)知識(shí)。
能力要求：掌握電子技術(shù)、電工技術(shù)等方面的基本知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能；具有一定的制圖繪圖能力、程序設(shè)計(jì)能力、電子設(shè)計(jì)能力。具備電力系統(tǒng)工程理論分析、設(shè)計(jì)能力和應(yīng)用能力，具有較寬的知識(shí)面、較強(qiáng)的適應(yīng)和發(fā)展能力，并具有自主學(xué)習(xí)的能力。
素質(zhì)要求：具有強(qiáng)烈的社會(huì)責(zé)任感和主人翁意識(shí)，具有良好的環(huán)境保護(hù)意識(shí)和職業(yè)道德；養(yǎng)成良好的體育鍛煉和衛(wèi)生習(xí)慣，具有健全的心理和健康的體魄，達(dá)到國(guó)家規(guī)定的大學(xué)生體質(zhì)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)要求；了解相近專業(yè)及基本的人文社科知識(shí)，具備較寬的知識(shí)面和一定的社會(huì)實(shí)踐能力；具有良好的從事實(shí)際工作的心理準(zhǔn)備。
4 以教學(xué)為中心的具體措施和初步成效
（1）實(shí)驗(yàn)裝置潛能的挖掘：隨著學(xué)校政策傾斜和支持力度加大，應(yīng)該說(shuō)近兩年來(lái)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)發(fā)展速度很快，購(gòu)置了很多大型、重型設(shè)備，但同時(shí)由于實(shí)驗(yàn)裝置本身具有一定的復(fù)雜性，且教師人數(shù)偏少，所以今后隨著教學(xué)任務(wù)的開展，我們教研室的主要工作就是要深入挖掘?qū)嶒?yàn)裝置的潛能，合理安排教學(xué)資源，構(gòu)思好設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目等。
（2）教師的應(yīng)用能力水平需要進(jìn)一步提高：教師要注重學(xué)習(xí)、注重知識(shí)的更新、注重理論聯(lián)系實(shí)際、做好“雙師型”方向的發(fā)展，結(jié)合好這兩年新建的實(shí)驗(yàn)裝置，充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)裝置的效能及實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的延伸。
（3）課程之間內(nèi)容上的關(guān)聯(lián)性需要深入梳理。專業(yè)課程之間在內(nèi)容上往往會(huì)有很多的相關(guān)性、關(guān)聯(lián)性，由于任課教師在授課環(huán)節(jié)上基本上是獨(dú)立進(jìn)行的，且根據(jù)自身的知識(shí)結(jié)構(gòu)在授課內(nèi)容可能有一定的隨意性，這可能會(huì)造成學(xué)生在上不同的課程時(shí)會(huì)感覺到有些內(nèi)容是不同教師重復(fù)講過的內(nèi)容，這將造成教學(xué)效果的下降。所以，針對(duì)這一問題應(yīng)積極開展教學(xué)內(nèi)容、教材內(nèi)容的梳理，同時(shí)規(guī)范各門專業(yè)課程內(nèi)容合理的教學(xué)范圍，以此規(guī)避教學(xué)內(nèi)容上的重疊。
我校電氣工程專業(yè)雖起步遲，但通過多年來(lái)不斷的工作付出和卓有成效的努力，逐步建立起較為完善的立體化教學(xué)體系，并在學(xué)校的政策支持下不斷地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室硬件建設(shè)，形成了具有發(fā)電廠電氣控制仿真系統(tǒng)、供配電控制系統(tǒng)、電力系統(tǒng)分析平臺(tái)、電工技術(shù)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)等較為完備的電氣工程方向?qū)嶒?yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)框架體系，在此基礎(chǔ)上本專業(yè)學(xué)生在西門子、飛思卡爾等全國(guó)知名工程類賽事上獲得了較優(yōu)異的（下轉(zhuǎn)第104頁(yè)）（上接第48頁(yè)）成績(jī)。
4 結(jié)語(yǔ)
總之，做好一個(gè)專業(yè)需要投入較大精力，地方院?？赡芨P(guān)注生源和招生數(shù)量，往往在資源配置上由于專業(yè)較多很難集中有效的教學(xué)力量來(lái)切實(shí)有效地應(yīng)用到電氣工程專業(yè)發(fā)展和建設(shè)中。專業(yè)方向要有所調(diào)整和分析，要緊隨國(guó)家能源政策的步伐，在課程的開設(shè)上力圖符合時(shí)展的脈搏。
基金資助：淮南師范學(xué)院2014年校級(jí)教研項(xiàng)目（編號(hào)：2014hsjyxm03）基金資助
注釋
① 巫付專，王曉雷，付邦勝.電氣專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)方案的構(gòu)建[J].中國(guó)電力教育，2010（6）：46-47.
② 趙麗華.電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)水電特色實(shí)踐教學(xué)體系探索[J].科教導(dǎo)刊，2014（10）.
③ 艾欣，劉寶柱.華北電力大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的建設(shè)及發(fā)展[C].第四屆全國(guó)高校電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)改革研討會(huì)論文集：92-95.
（Pingmei Tianan Xiangshan Mine Co.，Ltd.，Pingdingshan 467000，China）
摘要： 根據(jù)礦山實(shí)際需要，本文著重討論了安裝井下語(yǔ)音廣播系統(tǒng)的必要性，并對(duì)井下語(yǔ)音廣播系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理、設(shè)計(jì)目標(biāo)、結(jié)構(gòu)組成進(jìn)行了闡述。論文最后對(duì)各個(gè)系統(tǒng)的功能和特點(diǎn)分類加以解釋說(shuō)明，并從使用效果上印證了研究成果的可行性。
Abstract： According to the actual needs in mines， this paper focuses on the necessity of installing undergropund voice broadcast system. The design principle， design goal and structure of the system are expounded. Finally， the functions and features of each system are explained by classification， and the feasibility of the research results is confirmed from the use effect.
關(guān)鍵詞 ： 語(yǔ)音廣播；應(yīng)用；煤礦
Key words： voice broadcast；application；coal mine
中圖分類號(hào)：TD655.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-4311（2015）25-0022-02
作者簡(jiǎn)介：李博（1981-），男，河南鄧州人，本科，助理工程師，從事機(jī)電管理及信息化工作。
0 引言
由于礦山井下生產(chǎn)條件復(fù)雜，在遇到突發(fā)災(zāi)害時(shí)，不可能每名井下工作人員附近都有固定電話或人手一部移動(dòng)通訊工具，因而會(huì)造成部分地點(diǎn)的部分人員得不到撤離通知，貽誤脫險(xiǎn)時(shí)機(jī)或得不到正確撤離、避險(xiǎn)的指揮導(dǎo)致意外情況的發(fā)生。香山礦經(jīng)過多方論證和試驗(yàn)，采用了工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)傳輸?shù)恼Z(yǔ)音廣播系統(tǒng)，該系統(tǒng)集背景音樂播放、安全教育和災(zāi)害事故緊急廣播等眾多功能于一身。突發(fā)事件發(fā)生、需要緊急撤人時(shí)，地面調(diào)度指揮中心工作人員能迅速通過設(shè)該系統(tǒng)指揮現(xiàn)場(chǎng)人員迅速、有序、安全撤離危險(xiǎn)區(qū)域。同時(shí)，在平時(shí)，還可利用該系統(tǒng)在井下各地點(diǎn)播放背景音樂、安全注意事項(xiàng)等，使之又可成為企業(yè)有效的宣傳工具。
1 實(shí)施方案
1.1 設(shè)計(jì)目的
本方案根據(jù)礦井下巷道和采掘工作面分布情況，將其劃分為多個(gè)區(qū)域，通過設(shè)計(jì)系統(tǒng)之間的相互連接，實(shí)現(xiàn)井下各個(gè)硐室、架空乘人裝置、皮帶運(yùn)輸人行巷、采區(qū)軌道、掘進(jìn)頭、工作面的語(yǔ)音全覆蓋和信息的及時(shí)傳遞。
①在緊急情況下，通過全礦井語(yǔ)音廣播系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)最短時(shí)間內(nèi)的實(shí)時(shí)播放，使相關(guān)區(qū)域的工作人員能夠根據(jù)語(yǔ)音廣播內(nèi)容，及時(shí)采取必要措施，確保安全生產(chǎn)和人員安全。
②在正常的生產(chǎn)生活時(shí)，通過井下井上對(duì)講通訊，實(shí)現(xiàn)信息連接。
③實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有的自動(dòng)化控制系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)機(jī)制，例如：與瓦斯報(bào)警系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息聯(lián)動(dòng)傳送后，傳遞效果更好、作用更明顯。
④實(shí)現(xiàn)播放工作區(qū)域的打點(diǎn)語(yǔ)音提示信息。采用語(yǔ)音提示后，傳播聲音更大、更持續(xù)，容易起到提神、警醒的作用，從而為安全生產(chǎn)的順利進(jìn)行提供有效保障。
⑤實(shí)現(xiàn)對(duì)工人正常的安全教育知識(shí)的學(xué)習(xí)。通過井下語(yǔ)音提示系統(tǒng)，將一些有關(guān)煤礦安全生產(chǎn)的業(yè)務(wù)知識(shí)、注意事項(xiàng)等進(jìn)行巡回播放，使井下職工能夠在現(xiàn)場(chǎng)接受教育培訓(xùn)。
1.2 廣播組成部分
地面部分基本設(shè)備有：IBM音頻服務(wù)，市話接入主機(jī)，電話軟交換機(jī)， 3002網(wǎng)絡(luò)主機(jī)等。
井下部分基本設(shè)備有：礦用隔爆兼本安型廣播通信主站4臺(tái)，礦用隔爆兼本安型主音箱12臺(tái)，礦用本安型副音箱10臺(tái)，礦用隔爆兼本安型直流穩(wěn)壓電源（副音箱電源）12臺(tái)，井下防爆電話10部。
1.3 傳輸方式
井下語(yǔ)音廣播系統(tǒng)是一套由地面調(diào)度室對(duì)井下直接傳輸音頻信號(hào)的實(shí)時(shí)語(yǔ)音工具，基于香山礦井下工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)傳輸，可以實(shí)現(xiàn)調(diào)度室對(duì)各分區(qū)緊急呼叫，與井下音箱進(jìn)行對(duì)話，并可根據(jù)系統(tǒng)分配的權(quán)限對(duì)其權(quán)限內(nèi)的任意一分區(qū)或一編組分區(qū)進(jìn)行電話廣播?，F(xiàn)安裝于各水平大巷及主要軌道下山石門，車場(chǎng)及人行車候車處，井下分站音箱區(qū)域劃分。
1.4 系統(tǒng)拓?fù)鋱D
利用工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)傳輸，見圖1。
1.5 系統(tǒng)功能
①自動(dòng)定時(shí)播放：可根據(jù)需要編制各信道的定時(shí)播放節(jié)目單，對(duì)播放內(nèi)容、時(shí)間、區(qū)域等任意編程控制。計(jì)算機(jī)根據(jù)節(jié)目單自動(dòng)定時(shí)播放。
②緊急廣播：煤礦井下遇到緊急情況時(shí)，地面調(diào)度中心可對(duì)井下所有音箱進(jìn)行緊急廣播，最短時(shí)間內(nèi)通知最多的人員，快速疏散人群，避免人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失；對(duì)救災(zāi)工作起到輔助作用。
③分區(qū)廣播：可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)區(qū)域的獨(dú)立控制和任意組合，井下不同區(qū)域的音箱可以在同一時(shí)間內(nèi)播放不同的內(nèi)容。
④電話調(diào)度：可以對(duì)井下音箱進(jìn)行講話，并可根據(jù)系統(tǒng)分配的權(quán)限對(duì)其權(quán)限內(nèi)的任意一分區(qū)或一編組分區(qū)進(jìn)行電話廣播，隨時(shí)隨地可以傳達(dá)各科室會(huì)議指示通知和緊急避險(xiǎn)通知。井下任意一部電話均可以實(shí)現(xiàn)和井下其他電話的雙向通話功能，井下任意一部電話和調(diào)度室電話都可以對(duì)井下的音箱進(jìn)行講話，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、分組、分區(qū)、全區(qū)都可以實(shí)現(xiàn)調(diào)度講話。
⑤系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)：本系統(tǒng)可與瓦斯報(bào)警監(jiān)控、市話網(wǎng)絡(luò)聯(lián)動(dòng)。瓦斯報(bào)警主機(jī)接收到信號(hào)后，服務(wù)器自動(dòng)對(duì)相應(yīng)區(qū)域音箱播放預(yù)置的音頻報(bào)警信號(hào)；給市話接入主機(jī)分配一個(gè)電話號(hào)碼，可自動(dòng)接聽外電，通過授權(quán)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行廣播。
⑥一鍵實(shí)施：軟件編程，預(yù)置報(bào)警信號(hào)，緊急情況時(shí)可以一鍵實(shí)施預(yù)置的報(bào)警信號(hào)。例如：按1鍵是瓦斯報(bào)警，按2鍵是火警預(yù)案，按3鍵是水災(zāi)預(yù)案等。
⑦ 軟件功能強(qiáng)大：軟件可實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)井下音箱的工作狀態(tài)；調(diào)節(jié)音箱音量；對(duì)廣播內(nèi)容錄音；監(jiān)聽廣播內(nèi)容；更改音箱信息等一系列功能。
⑧遠(yuǎn)程系統(tǒng)管理：調(diào)度室可以對(duì)每個(gè)分區(qū)進(jìn)行緊急喊話，本系統(tǒng)是基于煤礦井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)傳輸?shù)模{(diào)度中心可以通過HX-3002呼叫調(diào)度主機(jī)對(duì)井下音箱進(jìn)行講話，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)真正意義上的無(wú)人職守，能夠通過系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程管理與監(jiān)控。
⑨擴(kuò)展覆蓋區(qū)域：采用光轉(zhuǎn)網(wǎng)主音箱將需要覆蓋的范圍擴(kuò)展。光纜的帶載區(qū)域不受限制，能夠滿足廣范圍和長(zhǎng)距離的鋪設(shè)。
⑩系統(tǒng)兼容性強(qiáng)：系統(tǒng)能夠調(diào)度通信系統(tǒng)兼容，也可以單獨(dú)作為另外一套通信系統(tǒng)使用。具體實(shí)施方式為主站通過外掛電話實(shí)現(xiàn)。
?輥?輯?訛硬件設(shè)備：音箱單獨(dú)具有百兆網(wǎng)絡(luò)板，有四個(gè)百兆光口與兩個(gè)百兆電口，網(wǎng)絡(luò)具有跨路由跨網(wǎng)段功能。能夠連續(xù)提供兩個(gè)小時(shí)的備用電源。音箱本身含有四個(gè)喇叭，音質(zhì)細(xì)膩，揚(yáng)聲器本身具有防水功能。
?輥?輰?訛在線檢測(cè)功能：可以實(shí)施檢測(cè)每臺(tái)主站，在軟件操作界面可以直觀的體現(xiàn)出主站的IP地址、工作狀態(tài)、工作內(nèi)容等，提升了系統(tǒng)的可檢測(cè)性。
?輥?輱?訛供電穩(wěn)定性：系統(tǒng)具有斷電自保功能一旦發(fā)生斷電，備用電池要保證供電工作2小時(shí)以上。
2 應(yīng)用場(chǎng)合
香山煤礦廣播通信系統(tǒng)基于礦井工業(yè)以太網(wǎng)，通過綜合自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)傳輸，做到語(yǔ)音、視頻、數(shù)據(jù)三網(wǎng)合一，語(yǔ)音、視頻、數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)，為井下工人提供音樂與安全知識(shí)教育以及緊急情況下的安全疏散撤離通知，提高職工的安全生產(chǎn)意識(shí)，豐富職工的文化生活。最主要是在礦井安全出現(xiàn)緊急情況下，可以在調(diào)度指揮中心，通過廣播系統(tǒng)向井下覆蓋地點(diǎn)下達(dá)安全指令，從而有效的指導(dǎo)人員的安全撤離。
3 結(jié)論
香山礦自2013年建成井下語(yǔ)音廣播系統(tǒng)以來(lái)，取得了良好效果。該系統(tǒng)在結(jié)合傳統(tǒng)調(diào)度通信系統(tǒng)及現(xiàn)有工作面、皮帶沿線擴(kuò)播話機(jī)通訊系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，采用太環(huán)網(wǎng)傳輸方式，實(shí)現(xiàn)了對(duì)井下電話網(wǎng)的有效管理和通信。平時(shí)，還可以在指定區(qū)域播放安全規(guī)章、安全措施、注意事項(xiàng)等，增強(qiáng)職工安全意識(shí)，實(shí)現(xiàn)了井下廣播全覆蓋。該系統(tǒng)的安裝運(yùn)行，受到職工的普遍好評(píng)，其不僅在音樂播放、語(yǔ)音宣傳、溫馨提示等方面給人以貼心、舒心的良好體驗(yàn)，而且即使在井下遭遇突發(fā)性事件時(shí)，也可以用最簡(jiǎn)捷、最快速的途徑通知井下作業(yè)人員，以便采取緊急疏散或相應(yīng)安全措施，并實(shí)施及時(shí)有效的應(yīng)急救援，為井下作業(yè)人員在突況下安全撤離和緊急避險(xiǎn)創(chuàng)造了更好條件，使井下工作變得更加安心與放心。
參考文獻(xiàn)：
中圖分類號(hào)：TF341.6;TP273文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1000-7059(2006)05-00
0前言
回轉(zhuǎn)窯的生產(chǎn)過程是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)過程，具有大慣性，純滯后，非線性等特點(diǎn)，工藝過程復(fù)雜多變，難以得到精確的數(shù)學(xué)模型。目前，部分氧化鋁企業(yè)仍然借鑒現(xiàn)場(chǎng)操作人員的工作經(jīng)驗(yàn)，通過人工調(diào)節(jié)的方式以求適應(yīng)回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)工藝要求，這種傳統(tǒng)的控制策略不易獲得滿意的控制效果，生產(chǎn)效率低、能耗高、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。本文提出一種基于智能Smith預(yù)估器的回轉(zhuǎn)窯燒結(jié)溫度控制器，通過對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)的仿真研究，結(jié)果表明新的控制系統(tǒng)具有很好的快速性和很小的超調(diào)量，能夠滿足回轉(zhuǎn)窯工藝生產(chǎn)的需要．
1智能Smith預(yù)估控制策略
1.1 Smith預(yù)估器改進(jìn)算法
Smith預(yù)估器最早是由O.J.M.Smith在1958年提出來(lái)的，它是一個(gè)時(shí)滯預(yù)估補(bǔ)償算法[1]。為克服Smith預(yù)估器對(duì)模型誤差敏感的缺點(diǎn)，由C.C.Hang等提出了改進(jìn)的Smith預(yù)估器[2]。當(dāng)改進(jìn)的預(yù)估器輸入存在誤差時(shí)，傳遞函數(shù)分母的最后多了一個(gè) 因子，調(diào)整濾波時(shí)間常數(shù) 可改變閉環(huán)系統(tǒng)特征方程的根，從而達(dá)到提高控制系統(tǒng)性能的目的。
1.2 濾波時(shí)間常數(shù) 對(duì)系統(tǒng)的影響
預(yù)估器中引入了一個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)，當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)在運(yùn)行中發(fā)生變化時(shí)，原先設(shè)定的濾波時(shí)間常數(shù) 不一定能使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能達(dá)到最佳，只有根據(jù)變化情況相應(yīng)調(diào)整 ，才能使系統(tǒng)得到更好的控制效果。在仿真研究的基礎(chǔ)上，本文進(jìn)一步采用模糊控制方法在線調(diào)整改進(jìn)Smith預(yù)估器的濾波時(shí)間常數(shù) ，最終構(gòu)成一個(gè)專門針對(duì)純滯后、時(shí)變系統(tǒng)的智能控制方案，如圖1所示。改進(jìn)的模糊Smith智能控制方法結(jié)合了模糊PID控制與自適應(yīng)Smith預(yù)估器，該方案對(duì)諸如電加熱溫控這樣的參數(shù)時(shí)變的大時(shí)滯過程，能夠改善系統(tǒng)的控制性能，使系統(tǒng)具有更強(qiáng)的魯棒性。
圖 1 改進(jìn)的模糊Smith智能控制結(jié)構(gòu)圖 圖2 參數(shù)變化時(shí)控制系統(tǒng)的響應(yīng)曲線
2.3 的模糊自適應(yīng)設(shè)計(jì)
根據(jù)上一節(jié)的分析，可以先根據(jù) 和 的值，確定是否需要引入一階慣性環(huán)節(jié)，如果不需要，則令 ；如果需要引入慣性環(huán)節(jié)來(lái)提高系統(tǒng)控制性能，則根據(jù) 和 的值對(duì)濾波時(shí)間常數(shù) 進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，本文的控制中采用如下調(diào)整公式
在調(diào)整過程中，應(yīng)注意不能使 為負(fù)值，而且為增強(qiáng)系統(tǒng)的魯棒性，可以給設(shè)定一個(gè)最小值，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般取最小值為 。
的值可以采用模糊控制器對(duì) 和 進(jìn)行模糊推理得到， 和 即為模糊控制器的輸入，模糊化后為 與 ， 是模糊控制器的輸出。它們的模糊論域定義為{-6，-5，-4，-3，-2，-1，，0，1，2，3，4，5，6}，模糊子集定義為{負(fù)大，負(fù)小，零，正小，正大}＝{NB，NS，ZO，PS，PB}。對(duì)于一個(gè)實(shí)際的系統(tǒng)，可以確定 、 和 的基本論域，從而確定模糊控制器輸入變量的量化因子和輸出控制量的比例因子，其控制規(guī)則如下：
當(dāng) 負(fù)大， 負(fù)大，應(yīng)增大 ，即 =PB，控制規(guī)則為：
If=NB and=NB then=PB
當(dāng) 正小， 為零，此時(shí)不宜引入慣性環(huán)節(jié)，即 =NS，控制規(guī)則為：
If=PS and=ZO then=NS
如此類推，可得到25條控制規(guī)則，如表1所示如此類推，可得到25條控制規(guī)則，如表1示：
表 1濾波時(shí)間常數(shù)整定規(guī)則
模糊推理采用Mamdani推理方法，反模糊化采用重心法。
3 粉煤灰法回轉(zhuǎn)窯燒成溫度控制器仿真研究
本文基于最小二乘法，利用MATLAB仿真軟件，通過現(xiàn)場(chǎng)收集到從下料到窯況平穩(wěn)間的一些具有代表性、普遍性和一定密度的燃料用量與燒成帶溫?cái)?shù)據(jù)樣本，建立出燒成帶的溫度數(shù)學(xué)模型。
當(dāng)被控對(duì)象模型參數(shù)的放大系數(shù)、時(shí)間常數(shù)同時(shí)增大40%時(shí)，圖2是模糊Smith智能控制算法的響應(yīng)曲線，從圖2可以看出，基于模糊Smith智能控制器控制系統(tǒng)的響應(yīng)曲線在超調(diào)量、上升時(shí)間、及調(diào)節(jié)時(shí)間均滿足工藝要求。
4 結(jié)論
本文提出的模糊Smith智能控制系統(tǒng)，充分發(fā)揮了模糊自整定PID算法動(dòng)態(tài)性能好、抗干擾能力強(qiáng)、穩(wěn)態(tài)精度較高的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)采用了模糊推理的方法調(diào)整改進(jìn)型Smith預(yù)估器的濾波時(shí)間常數(shù) ，改善了Smith預(yù)估器對(duì)模型參數(shù)的過于依賴性，將使Smith預(yù)估器在實(shí)際工業(yè)過程控制中得以更廣泛的應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)：
1 單 王鵬 杜鋼. Smith-Fuzzy控制器在回轉(zhuǎn)窯溫控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 材料與冶金學(xué)報(bào).2003
2 鄒志軍．基于模糊控制的Smith預(yù)估器的改進(jìn)研究和設(shè)計(jì)[D]．合肥工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文，2005．
