礦井主扇風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)

李朕　馬晨峰　岳強(qiáng)

摘 要 本系統(tǒng)以西門子S7-200系列PLC作為控制核心，通過應(yīng)用先進(jìn)可靠的傳感器以及人機(jī)界面觸摸屏和上位機(jī)的組態(tài)軟件，實(shí)現(xiàn)了對主扇風(fēng)機(jī)的性能狀態(tài)參數(shù)、電機(jī)的電氣參數(shù)的實(shí)時監(jiān)測，并采用PowerBuilder9.0系統(tǒng)開發(fā)軟件構(gòu)建風(fēng)機(jī)的故障診斷專家系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對風(fēng)機(jī)故障的全面診斷，并提供準(zhǔn)確的專家意見和維修方案。

關(guān)鍵詞 PLC 人機(jī)界面 故障診斷 以太環(huán)網(wǎng)

中圖分類號：TD44 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

礦井主扇風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)，采用三層集散式結(jié)構(gòu)框架，以可編程序控制器PLC為控制核心，將傳感器采集到的風(fēng)機(jī)各項(xiàng)參數(shù)經(jīng)過處理，采用西門子以太網(wǎng)模塊將各數(shù)據(jù)與視頻信號同時通過千兆以太環(huán)網(wǎng)遠(yuǎn)傳給上位監(jiān)控機(jī)，同時現(xiàn)場采用人機(jī)界面觸摸屏對主扇風(fēng)機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場實(shí)時顯示，同時可實(shí)現(xiàn)對主扇風(fēng)機(jī)的現(xiàn)場控制和參數(shù)限值調(diào)定。

2 下位機(jī)數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)

2.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)以西門子可編程序控制器224XP型號PLC作為數(shù)據(jù)采集與處理的核心，需要進(jìn)行檢測的項(xiàng)目有兩臺主扇風(fēng)機(jī)的性能參數(shù)、電機(jī)的電氣參數(shù)、軸承溫度、電機(jī)振動。系統(tǒng)對電機(jī)繞組及軸承溫度的測量使用電機(jī)中的PT100熱電阻與EDA9018溫度采集模塊配合實(shí)現(xiàn)，由于風(fēng)機(jī)距離控制柜較遠(yuǎn)（一般為40m左右），所以采用三線制接法：鉑電阻一端接I+，另一端兩根線分別接到I-端和AGND。

2.2 人機(jī)界面觸摸屏

人機(jī)界面觸摸屏是主扇風(fēng)機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)場數(shù)據(jù)顯示和控制的面板，根據(jù)本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求和實(shí)際需要，分別對兩臺主扇風(fēng)機(jī)的數(shù)據(jù)監(jiān)測實(shí)時畫面、運(yùn)行控制畫面、和參數(shù)設(shè)置畫面進(jìn)行了開發(fā)，數(shù)據(jù)監(jiān)測畫面主要實(shí)現(xiàn)對兩臺主扇風(fēng)機(jī)各項(xiàng)檢測參數(shù)的現(xiàn)場實(shí)時顯示，方便工作人員在現(xiàn)場對風(fēng)機(jī)的性能進(jìn)行全面、直觀的了解；運(yùn)行控制畫面可實(shí)現(xiàn)對風(fēng)機(jī)的啟停控制和風(fēng)門開關(guān)控制等；參數(shù)設(shè)置畫面用于現(xiàn)場工作人員根據(jù)實(shí)際情況對風(fēng)機(jī)各項(xiàng)參數(shù)的限值進(jìn)行設(shè)置，保證對風(fēng)機(jī)超限參數(shù)的準(zhǔn)確報(bào)警。

3 上位機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)

系統(tǒng)在上位機(jī)采用組態(tài)軟件創(chuàng)建主扇風(fēng)機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)測動態(tài)畫面，其根據(jù)風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行上位機(jī)組態(tài)虛擬結(jié)構(gòu)繪圖，并創(chuàng)建相應(yīng)的管道開機(jī)流動動畫，保證現(xiàn)場操作人員對風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行有效地區(qū)分，避免誤操作。風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測的主畫面可實(shí)現(xiàn)對兩大主扇風(fēng)機(jī)各項(xiàng)檢測參數(shù)以及運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時顯示，同時并行設(shè)置視頻監(jiān)控、數(shù)據(jù)查詢、曲線查詢、參數(shù)設(shè)置等多項(xiàng)功能，實(shí)現(xiàn)對風(fēng)機(jī)的多角度綜合監(jiān)測。

4 風(fēng)機(jī)故障診斷專家系統(tǒng)

4.1 知識庫

知識庫是整個風(fēng)機(jī)故障診斷專家系統(tǒng)的核心，系統(tǒng)的各項(xiàng)操作都必須以知識庫為紐帶，故障診斷、維修專家可通過經(jīng)驗(yàn)知識輸入界面將專家經(jīng)驗(yàn)輸入至知識庫管理模塊，再通過知識庫轉(zhuǎn)換程序最終存儲在知識庫中。知識庫中存儲大量的風(fēng)機(jī)故障案例以及故障診斷、維修專家的經(jīng)驗(yàn)，在處理實(shí)際問題時，專家系統(tǒng)會從知識庫中調(diào)用相應(yīng)的知識，例如對主扇風(fēng)機(jī)電機(jī)振動的故障診斷，輸入風(fēng)機(jī)的故障征兆，“隨轉(zhuǎn)速變化明顯”和“高轉(zhuǎn)速時顯著增大”兩條故障征兆，進(jìn)行一手推理，知識庫則會給出相應(yīng)的推斷結(jié)果，并給出其可信度值，隨著故障征兆的不斷細(xì)化，則會最終得出精確的系統(tǒng)故障結(jié)果。構(gòu)建主扇風(fēng)機(jī)故障診斷專家系統(tǒng)的知識庫是一個循序漸進(jìn)的過程，不能一蹴而就，在系統(tǒng)實(shí)際的運(yùn)行工作中，還要經(jīng)過反復(fù)的修改和補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)專家系統(tǒng)的不斷優(yōu)化，最終才會得到比較縝密和精確的診斷結(jié)果。

4.2. 推理機(jī)

推理機(jī)實(shí)際上是一組計(jì)算機(jī)程序，根據(jù)用戶在用戶界面（人機(jī)接口）輸入的主扇風(fēng)機(jī)診斷任務(wù)來調(diào)用知識庫中相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)知識和規(guī)則，再按照一定的規(guī)則進(jìn)行精確化匹配，從知識庫中推導(dǎo)出風(fēng)機(jī)的故障原因及維護(hù)方法，再以解釋程序?yàn)槠脚_，向用戶解釋故障診斷專家系統(tǒng)的行為，回答用戶提出的診斷任務(wù)。解釋程序作為專家系統(tǒng)的一個重要的子系統(tǒng)，有助于用戶對風(fēng)機(jī)故障細(xì)節(jié)的掌握，及時發(fā)現(xiàn)專家系統(tǒng)存在的漏洞和錯誤并進(jìn)一步改進(jìn)、完善專家系統(tǒng)。

5 結(jié)語

礦井主扇風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測及故障診斷專家系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對兩臺主扇風(fēng)機(jī)的遠(yuǎn)程集中控制、風(fēng)機(jī)各項(xiàng)參數(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)測以及故障診斷、推理，將主扇風(fēng)機(jī)的遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)控、超限報(bào)警以及故障診斷多系統(tǒng)集成化。運(yùn)用專家系統(tǒng)開發(fā)工具和龐大的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)構(gòu)建風(fēng)機(jī)的故障診斷專家系統(tǒng)，對風(fēng)機(jī)出現(xiàn)的不同故障進(jìn)行推理分析，準(zhǔn)確的判斷主扇風(fēng)機(jī)的故障類型和故障走向，并給出相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)處理、維修方案，避免了盲目性維修，大大降低了維修成本，保證了主扇風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行和煤礦的安全生產(chǎn)。為礦山的安全、穩(wěn)定運(yùn)營提供了有效地保障。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙洪剛，黃鶴松，薛琳，朱述川. 主扇風(fēng)機(jī)在線特性監(jiān)測裝置的設(shè)計(jì).煤礦機(jī)械，2010，31（8）：231-234.

[2] 黃加?xùn)|， 仲大慶. 風(fēng)機(jī)振動故障的狀態(tài)監(jiān)測與處理[ J ] . 中國設(shè)備工程， 2004（ 5） ： 41- 42.

[3] 李衛(wèi)軍. 大型風(fēng)機(jī)的在線監(jiān)測[ J] . 中國設(shè)備工程， 2003（ 10） ： 29- 30.

[4] 劉璇斐，何國庚，李嘉，徐智求，余勇.涂婭莉.空分系統(tǒng)中空壓機(jī)系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)的研究.空壓機(jī)技術(shù)，2006（6）：17-20.