基于人工免疫算法的煤礦提升機(jī)故障診斷分析

郭葆菁

（山西省同煤集團(tuán)煤峪口礦機(jī)電科，山西 大同037041）

0 引言

現(xiàn)代煤礦生產(chǎn)大多都是依靠機(jī)械化設(shè)備來完成的，在煤礦生產(chǎn)過程中設(shè)備的工作狀況直接影響著煤礦的生產(chǎn)效率。在煤礦的日常生產(chǎn)工作過程之中，一旦生產(chǎn)設(shè)備發(fā)生了故障，就會對生產(chǎn)效率造成不利影響，嚴(yán)重的時候還有可能造成人員傷亡。因此，在煤礦生產(chǎn)過程中一定要保證設(shè)備的正常運(yùn)行，定期對設(shè)備進(jìn)行檢修，密切注意設(shè)備的工作情況，發(fā)現(xiàn)故障應(yīng)當(dāng)及時解決，以保障工作人員的安全和煤礦的生產(chǎn)效率。要想實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，一套完整的、具有實(shí)用性的故障診斷方法就顯得尤為重要。擁有一套完整的、實(shí)用的煤礦提升機(jī)故障診斷方法在煤礦生產(chǎn)中具有非常重要的意義，其既能夠盡可能地避免安全事故的發(fā)生，還能提高煤礦生產(chǎn)效率。

1 煤礦提升機(jī)故障診斷的意義

在現(xiàn)如今各式各樣的煤礦生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備中，提升機(jī)具有非常重要的地位，煤炭的開采一般都是在地下進(jìn)行的，提升機(jī)的存在不可或缺。在煤礦生產(chǎn)過程中，提升機(jī)的主要工作就是搬運(yùn)人員以及物料，一個工作日之中，提升機(jī)的工作量非常大，其一旦發(fā)生故障，煤礦的正常生產(chǎn)就基本處于癱瘓狀態(tài)。正是由于提升機(jī)每天需要完成如此大的工作量，所以相較于其他機(jī)械設(shè)備而言發(fā)生故障的幾率就更大。提升機(jī)發(fā)生故障大多是由于其減速轉(zhuǎn)軸出現(xiàn)問題導(dǎo)致的，所以要密切注意提升機(jī)減速轉(zhuǎn)軸的工作狀況，定期對提升機(jī)的轉(zhuǎn)軸進(jìn)行檢修、維護(hù)。但是提升機(jī)轉(zhuǎn)軸十分容易發(fā)生故障，對這種故障的診斷卻是非常復(fù)雜的一項(xiàng)工作，我國在這方面的研究起步比較晚，并沒有非常先進(jìn)的研究成果，但部分研究還是取得了一定的成果的。

2 基于人工免疫算法的煤礦提升機(jī)故障診斷實(shí)例

診斷煤礦提升機(jī)故障的基礎(chǔ)在于充分了解故障類型，分析提升機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的故障信號具有非常重要的意義，因此，要合理地提取出故障發(fā)生時提升機(jī)所發(fā)出的信號，并對該故障信號進(jìn)行分析。

下面介紹基于人工免疫算法的煤礦提升機(jī)故障診斷實(shí)例：選取3種典型故障進(jìn)行分析，分別為提升機(jī)制動彈簧失效、卡缸、殘壓過高。選取每種故障5組7維數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將5組中的3組共同組成訓(xùn)練抗原集，如表1所示。

通過表1數(shù)據(jù)總結(jié)出訓(xùn)練樣本的相似度。憑借單個訓(xùn)練樣本的多次平均運(yùn)行狀況進(jìn)行觀察，設(shè)置閾值為0．25，最大迭代次數(shù)400，最終所產(chǎn)生的初始種群個數(shù)為100，將抗體抗原的編碼長度設(shè)置為7×10。實(shí)驗(yàn)論證，Pc處于0．6～0．8間能夠最快得到最優(yōu)解。基于免疫進(jìn)程改進(jìn)遺傳算法提出免疫記憶模式，采用或者不采用免疫記憶模式的比較結(jié)果顯示，采用免疫記憶模式并沒有明顯改進(jìn)診斷器訓(xùn)練進(jìn)程，免疫遺傳算法具有更高的適應(yīng)性，一定程度上提高了診斷器精度。綜上所述，人工免疫算法具有更高的優(yōu)化速度，診斷效果更好。實(shí)驗(yàn)中還對匹配閾值進(jìn)行了提高，主要目的就是為了提高匹配精度，但不得盲目對匹配精度進(jìn)行提高，否則會對診斷正確率產(chǎn)生不利影響。

表1 訓(xùn)練抗原集 單位：%

對已知故障類型相同的組，采用人工免疫算法對訓(xùn)練成熟的診斷器逐一進(jìn)行匹配，激活的診斷器越多，則測試樣本隸屬于此模式的可能性就越高，由此判定可檢測樣本故障類型。

此法能夠?qū)收项愋瓦M(jìn)行識別，但是依舊存在不足，有待改進(jìn)。比如，此算法中參數(shù)設(shè)置對結(jié)果產(chǎn)生的影響較大；診斷器規(guī)模隨故障類型樣本增加而增加，匹配效率降低；采集、取舍樣本數(shù)據(jù)以及免疫編碼對診斷結(jié)果準(zhǔn)確率有著較大影響。

3 基于人工免疫算法的煤礦提升機(jī)故障診斷方法的優(yōu)點(diǎn)及不足

基于人工免疫算法的煤礦提升機(jī)故障診斷方法在在線以及離線狀態(tài)下都能夠進(jìn)行故障診斷，還能夠憑借系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行狀況以及用戶需求及時啟動診斷系統(tǒng)；人工免疫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)層次分明，均采用開放式結(jié)構(gòu)對模塊進(jìn)行劃分以及更新；人工免疫系統(tǒng)的記憶功能以及自適應(yīng)功能，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)診斷方法的局限性，擴(kuò)大了礦井提升機(jī)故障診斷方法的實(shí)施領(lǐng)域。由于系統(tǒng)本身還存在很多不足，還有很大的擴(kuò)展空間，因而需要不斷地提高系統(tǒng)診斷的準(zhǔn)確性。

4 結(jié)語

煤礦提升機(jī)的安全運(yùn)行對于煤礦生產(chǎn)、工人工作都是必不可少的，故而基于人工免疫算法的煤礦提升機(jī)故障診斷方法在現(xiàn)代煤礦設(shè)備的故障診斷中占有重要的地位，因此，對人工免疫算法的研究以及創(chuàng)新改進(jìn)都是很有必要的工作。未來，人工免疫算法的應(yīng)用一定會越來越普遍，對故障的發(fā)現(xiàn)以及診斷的準(zhǔn)確度也必將越來越高。

［1］汪楚嬌．語義環(huán)境下提升機(jī)故障人工免疫診斷方法研究［D］．中國礦業(yè)大學(xué)，2010

［2］李?。旱V提升機(jī)軸承故障診斷方法研究［J］．電子世界，2012（15）

［3］楊亞濤．礦井提升機(jī)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)研究［D］．西安科技大學(xué)，2013