基于粗糙集约简的液压支架监控系统数据处理策略.pdf

第 1 8卷 第 3期 总第 1 1 2期 2 0 1 3年 6月 煤 矿 开 采 C o a l mi n i n g T e c h n o l o g y V o 1 ． 1 8 N o ． 3 S e ri e s N o ． 1 1 2 J u n e 2 0 1 3 基于粗糙集约 简的液压支架监控 系统数据处理策略 胡 波 ， 廉 自生 1 ．太原理工大学 机械工程学院 ， 山西 太原 0 3 0 0 2 4 ； 2 ．太原 电力高等专科 学校 ， 山西 太原 0 3 0 0 1 3 [ 摘要] 针对数量巨大的固定帧格式数据， 在组态软件不能直接识别的情况下， 提 出一种新的 方法， 使得传输的每帧数据能够被组态软件识别， 并与组态画面相连接建立动态链接， 同时实现液压支 架主控制器和支架监控系统的串口通讯。实验证明， 该方法稳定可行。 [ 关键词] 粗糙集； 约筒； 液压支架监控系统； ms c o m m控件； Wi n c c 组态 [ 中图分类号] T D 3 5 5 ． 4 [ 文献标识码] A[ 文章编号] 1 0 0 6 ． 6 2 2 5 2 0 1 3 0 3 ． 0 0 1 1 ． 0 3 Da t a Pr o c e s s i ng M e t ho d f o r M o n i t o r i ng S y s t e m o f Po we r e d S up po r t Ba s e d o n Ro u g h Se t s Re du c t HU B0 1 ． ．LI AN zi s h e n g 1 ． Me c h a n i c a l E n n e e fi n g S c h o o l ， T M y u a n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， T a i y u a n 0 3 0 0 2 4，C h i n a ； 2 ． T a i y u a n E l e c t r i c P o w e r C o l l e g e ， T a i y u a n 0 3 0 0 1 3 ，C h i n a Ab s t r a c t I n o r d e r t o s o l v e t h e p r o b l e m t h a t c o n f i g u r a t i o n s o f t w a r e c o u l d n o t d i r e c t l y r e c o g n i z e a mo u n t s o f f r e e z e f r a me f o r ma t d a t a ，a n e w me t h o d wa s p u t f o r w a r d wh i c h ma d e e v e r y f r a me d a t a c o u l d b e r e c o g n i z e d b y c o n f i g u r a t i o n s o f t wa r e ，e s t a b l i s h d y n a mi c c o n n e c t i o n w i t h c o n f i gu r a t i o n f r a me s a n d r e a l i z e s e ria l c o mmu n i c a t i o n b e t we e n ma i n c o n t r o l l e r a n d mo n i t o ri n g s y s t e m o f p o w e r e d s u p p o r t ． E x p e ri me n t s h o w e d t h a t t h i s me t h o d w a s s t a b l e a n d f e a s i b l e ． Ke y wo r d s r o u g h s e t s ；r e d u c t ；mo n i t o rin g s y s t e m o f p o w e r e d s u p p o r t ；ms c o mm c o n t r o l ；Wi n c c c o n fi gu r a t i o n 1问题的提出 液压支架 自动控制系统越来越广泛地应用 于大 型煤矿 ，支架监控系统是液压支架 自动控制系统的 人机交换界面 ，是工作人员获取井下采煤设备实时 数据的主要平台。 当前 国际上主流 的液压 支架 电液控制 系统 如 D B T公司的 P M4 ，MA R C O公 司的 P M 3 1和 J O Y公 司的 R S 2 0等在通讯 中均使用 自主研发的通讯协 议⋯，其监控系统也是基于其通讯协议开发的。 本课题组在 自主研发 的液压支架电液控制系统基础 上 ，开发液压支架监控系统 ，通讯协议采用 固定帧 数据格式。液压支架监控系统是基于组态软件来实 现的。目前 ，几乎所有的组态软件底层都预先植入 各种通用 的通讯协议 ，如 C A N总线协议 、M o d b u s 总线协议等，以便与相关设备直接建立通讯。但 是 ，固定帧格式数据不能直接被组态软件识别 ，因 此支架监控系统和支架主控制器支架间的通讯不能 直接建立。另外，矿井下一个综采工作面上液压支 架的数量一般有 1 0 0～ 2 3 0架 ，支架监控系统和支 架主控制器之间通讯数据量巨大，容易造成通讯通 道阻塞 ，通讯延迟 ，支架动作缓慢等状况。基于以 上两方面问题 ，本文利用粗糙集理论先对大量通讯 数据进行约简 ，然后通过在组态软件 中对全局脚本 和 ms c o m m控件编程来处理约简后的数据 ，实现组 态软件与支架主控制器之间的串口通讯。 本课题 中组态软件采用西门子公司的 Wi n c c 。 2粗糙集理论及约简 2 ． 1 粗糙集概念 粗糙集理论 R S 理论是由波兰学者 P a w l a k Z ．在 1 9 8 2年提 出，是一种处理不完整性和不确定 性知识 的数学工具 ，能有效地分析和处理不精确、 不一致、不完整等不完备信息， 并从中发现隐含的 知识 ，揭示潜在 的规律 J 。粗糙集理 论 的主要 思 想是在保持分类能力不变 的前提下 ，利用已知的知 识库，通过对知识的约简，导出概念的分类规则。 一 个信息系统 ， 是一个四元组 ， U ， A ， ， ，其 中， U为论域 ，是全体对象的有限集合 ； 以为有限个属性集合； 为属性的值域集合， V u a∈A； 为信息函数 ， U A 。 对于该信 息系统 ，，设 C 表示可辨识矩阵中第 i 行第 列 的 [ 收稿 日期 ] 2 0 1 2 1 1 2 9 [ 基金项目] ‘ ‘ 十一五” 国家科技支撑计划课 2 0 0 7 B A B 1 3 B O 1 ； “ 十二五” 国家发改委智能制造重大专项 发改办高技【 2 0 1 1 】 2 5 4 8 号 [ 作者简介]胡波 1 9 7 9 一 ，男，山西永济人，博士研究生，讲师，研究方向为矿山机械自动控制。 11 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 总第 1 1 2期 煤矿开采 2 0 1 3年第 3期 元素。这样可辨识矩阵可定义为 f { Ⅱ l ∈A a k x i ≠吼 ； D ≠D 。 I o ； D D 其 中D为决策属性 ， i ， 1 ，2 ，3 ，⋯，n。 2 ． 2 粗糙集知识约简 知识约简就是在保持知识库分类能力不变的前 提下 ，删除其 中不相关 或次要 的知识[ 3 ] 。由于减 少了约束条件 ，约简 以后的分类规则具有相对简洁 的形式。 求解知识表达系统中最小相对约简 ，就是要在 保持整体条件属性支持度不变的情况下 ，尽可能快 地寻找所含条件属性最少的约简。 考虑粗糙集知识约简问题的实际特点 ，根据模 过可辨识 矩阵 ，可将 未 出现 的属 性 无 用属性 去除， 并将其中所有仅包含单个属性 核属性 的元 素取出作为约简结果中不可缺的组成部分保 留。 3 Wi n c c中固定帧数据处理及串口通讯的实现 3 ． 1 固定帧格式数据的粗糙集约简 由于监控系统和支架主控制器之间通讯数据量 巨大 ，不适合直接在 Wi n c c中编程处理 ，因此用粗 糙集先对通讯数据进行属性约简预处理 。 按照给定的数据帧格式及信号功能定义，可得 液压支架控制器传输 的数据如表 1所示 本文以 单架操作 和 一组 液压 支架 成组 操 作 数 据为 例 说 明 。 式定理 ，采用基于 { 0 ，1 }符号集的二进制一维编 根据粗糙集概念 ，定义 U为 { 表 1中所有数 码形式．以该属性是否被选取来决定该位为 0或 据} ； 定义A为 { 字头，目 标地址，源地址，命令 1 。采用区分矩阵约简方法需生成可辨识矩阵，通 分类，命令，参数分类，方向， 参数场} ； 表 1 通讯数据帧格 式定 义表 定义 为 { A中每个属性定义下的参数分类 } ；定 义- 厂 U A O对于该信息系统 ，根据粗糙集属性约 简规则可以对表 1数据进行约简并生成 3个辨识矩 阵如下 1 2 O1 O 5 O1 O 5 0 5 0l 0 5 01 AA 0O AA 55 AA AA AA 0F FF oS FF 05 0 F 01 0 F 01 01 0 4 01 0 4 0 5 0 4 0 5 0 4 r 0 2 0 3 5 5 O 0 O 0 O 0、 1 0 2 0 3 5 5 A A 0 O O 0 l 0 2 0 3 5 5 5 5 3个辨识矩阵对应命令列表如表 2 、表 3和表 4所示。 3 ． 2 粗糙集约简后数据在 Wi n c c中的处理 辨识矩阵中每行数列代表一帧数据 ，3个矩阵 中的行数列分别代表单架动作 、成组动作和支架读 取数据。 0 F D 5 A 3 7 5 9 0 0 F A A 3 7 5 9 3 3 3 3 3 3 3 3 3 0 0 0 0 0 O 0 0 O 2 2 2 2 2 2 2 2 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 胡 波等基于粗糙集约简的液压支架监控系统数据处理策略 2 0 1 3年第3期 表 2支架单动作约简 推溜 A 5 5 A 拉溜 A 5 5 A 自动降移升 A 5 5 A 操作 护帮板 A 5 5 A 读压力 A 5 5 A 0 2 0 3 5 5 0 0 压力值 0 0 O 0 读位移 A 5 5 A 0 2 0 3 5 5 A A 0 0 o o位移值 读压力和位移 A 5 5 A 0 2 0 3 5 5 5 5 压力值 位移值 在第 1 个矩阵中，第 1 列数据代表支架动作 目 标地址，即接受指令的支架控制器；第 2 列数据代 表源地址 ，即发出指令的支架控制器 ，根据每列数 据不 同，可以得知每行数据传输的起始支架控制器 和接收指令的支架控制器，以及数据传输的方向； 第 3 列数据代表具体命令，指由源控制器要对 目标 支架进行的操作 。根据 以上分析 ，依据文献 [ 4 ] ， 在 Wi n c e环境 中，调用脚本语言编程环境 ，根据辨 识矩阵中每行所列数据及各行数据之间的异同，分 析出数据规律 ，然后用 V B语 言进行编程 ，实现任 意两行数据 的区分相互。 同理，第2和第 3 个辨识矩阵经过粗糙集约简 后 ，已经在很大程 度上减少 了程序辨识 的繁琐程 度 ，按照数据变化规律 ，对其进行编程 ，实现每行 数据 的辨识。 3 ． 3 串 口通讯 的建立 进入 Wi n c c ，首先 对液 压支 架控 制 点进行 组 态 ，此过程包括数据库 的建立 、图形组态、动态链 接等 ，然后在图形组态画面中另建小块画面作为串 口通讯调试 区域 ，在 画面中建立接收框和约简框 ， 分别对其编程待用 。依据文献 [ 5 ] ，调用 m s c o m m 控件 ，对其功能进行定义并编程 ，以实现 Wi n c c串 口通信功能。另打开串口调试助手，设置调试助手 的数据格式及波特率 ，然后与 Wi n c c 通讯试验区域 进行通 讯 试 验 ，根据 试 验结 果 修 改全 局 脚本 和 ms c o m m控件 中的程序再进行 调试。调试 成功后 ， 表明基于 Wi n c c的串口通讯建立完成 。 4系统通讯测试 将液压支架控制器与支架监控系统通过 串口相 连接 ，进行现场模拟试验 。在支架控制器操作面板 上点击操作按钮 ，观察串口通信测试区域和相应的 组态画面。当按下 “ 升柱 ”按钮 时 ，监控系统测 试框 中出现 “ A 5 5 A 0 0 0 2 0 0 0 3 0 0 0 0 ” ， 约简框 中出现 “ A 5 5 A 0 2 0 3 F 0 ” ，同时组 态 画 面中第 2架支架 “ 升柱” 灯变红 闪烁 ，通过多 次 试验和调试 ，均实现预先设定的结果 ，可以得出结 论 ，控制器和监控系统之间的串口通讯 已经成功建 立 。 5 结束语 通过采用粗糙集约简理论对组态软件不能识别 且数量 巨大的固定帧格式数据进行约简 ，并利用组 态软件中提供的脚本语言对全局脚本及串口 通信控 件进行编程 ，实现液压支架主控制器与监控系统之 间的通讯 ，为数量巨大的固定帧格式数据 的串口通 讯提供了一种新的方法。该方法对固定帧数据作为 通讯协议应用于实际生产具有重要意义。 [ 参考文献] [ 1 ]孙晓健 ，张东来 ． C AN总线 在液 压支架 电液 控制 系统 的应用 [ J ]． 微计算机信息 嵌入式与 S O C 2 0 0 6 ， 2 2 6 - 2 9 7 ． [ 2 ] 刘 萍 ，王 周 敬 ．基 于 粗 糙 集 和 信 息 熵 的 属 性 约 简 算 法 [ J ]．福建 电脑 ，2 0 0 5 1 0 ． [ 3 ]周世官 ，张云 ．基于粗糙 集约简 预处理 的模拟 电路故 障诊 断 [ J ]．工业仪表与 自动化装置 ，2 0 1 0 3 ． [ 4]S I MA T I C H MI Wi n C C V 7 ． 0 S P1 MDMwi n c c组 态系统 手册 中文 ． [ 5]S I MA T I C HMI Wi n C C V 7 ． 0 S P1 MDM Wi n C C通信 系统手 册 中文 ． [ 责任编辑 施红霞 ] 我 国首台智能化采煤机即将下线 总投资 4 ． 4亿元的我国第一套井下智能综采装备的核心设备一 智能化采煤机在太原重型机械集团有限公司即将投 产。该采煤机可实现煤岩识别、远程集中控制等现代化智能功能。它的研制成功标志着我国向实现无人化采煤工作面 迈出了重要一步。 搞 自 煤炭信息周刊2 0 1 3年第2 1期 不 筇 不 筇 不 尔 筇 乔 不 尔 尔 尔 筇 不 不 不 不 不 不 筇 尔 ． 尔 尔 筇 ． ． 筇． 筇． ． 筇 ． ． ； ． 矫 1 3 ∞ 叭 叭 ∞ 兮 叭 叭 盯 } ∞ 从 A A A A A A A A g 叭 叭 叭 叭 兮 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m