智能故障檢測(cè)技術(shù)在礦井提升機(jī)中的應(yīng)用

魏保玉 茹瑞鵬

【摘 要】論文詳細(xì)闡述了基于工業(yè)組態(tài)軟件Wincc實(shí)現(xiàn)提升機(jī)第一故障智能檢測(cè)的方法。該智能故障檢測(cè)系統(tǒng)完全獨(dú)立于提升機(jī)電控系統(tǒng)，可與PLC邏輯控制系統(tǒng)并行運(yùn)行，有助于縮短現(xiàn)場(chǎng)故障診斷時(shí)間，提高設(shè)備診斷水平及生產(chǎn)效率。論文給出了詳細(xì)的故障分類、故障源邏輯判斷及程序設(shè)計(jì)流程圖。

【關(guān)鍵詞】智能故障診斷；遠(yuǎn)程維護(hù)；礦井提升機(jī)；首發(fā)故障源

中圖分類號(hào)： TD633 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）27-0036-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.27.016

【Abstract】This paper elaborates the intelligent detection method of the first fault of hoist based on Wincc industrial configuration software. The intelligent fault detection system is completely independent of the elevator control system， and can run in parallel with the PLC logic control system. It is helpful to shorten the field fault diagnosis time， improve the level of equipment diagnosis and production efficiency. The paper gives detailed fault classification， logical judgement of fault source and flow chart of program design.

【Key words】Intelligent fault diagnosis； Remote maintenance； Mine hoist； First failure source

0 前言

隨著工業(yè)控制系統(tǒng)自動(dòng)化程度的提高，其電控系統(tǒng)的復(fù)雜度、集成度及信息化程度越來(lái)越高，同時(shí)也導(dǎo)致故障時(shí)第一故障源的排查確認(rèn)越發(fā)困難。因此，如何借助智能診斷技術(shù)簡(jiǎn)化現(xiàn)場(chǎng)故障排查難度，提升維護(hù)水平及效率是工業(yè)控制中一個(gè)亟待的技術(shù)問(wèn)題。

本文所述智能故障檢測(cè)技術(shù)，其主要應(yīng)用對(duì)象為礦山立井提升機(jī)電控工藝控制系統(tǒng)。當(dāng)電控系統(tǒng)出現(xiàn)安全回路斷開時(shí)往往會(huì)引發(fā)出一系列的故障，電控系統(tǒng)的人機(jī)界面中出現(xiàn)多條故障報(bào)警記錄，維修人員無(wú)法及時(shí)分清故障原因，即引發(fā)安全回路跳車的最初故障無(wú)法準(zhǔn)確判斷。這對(duì)現(xiàn)場(chǎng)維修人員排查故障造成了很大困難，極大的影響了安全生產(chǎn)的時(shí)間。因此，亟需一種智能故障檢測(cè)技術(shù)以實(shí)現(xiàn)第一故障源的智能判斷，以期縮短故障排查時(shí)間，從而提高生產(chǎn)效率。

1 提升機(jī)故障分類與編碼

提升機(jī)系統(tǒng)主要構(gòu)成涵蓋以下幾個(gè)主要部分：機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、軸承潤(rùn)滑系統(tǒng)、監(jiān)視監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、工藝保護(hù)系統(tǒng)、邏輯控制系統(tǒng)以及其他冷卻、配電等輔助設(shè)備。系統(tǒng)相對(duì)較為龐大，因此故障種類繁多。提升機(jī)電控系統(tǒng)故障其故障源肯定已被PLC控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)，從而為智能故障診斷技術(shù)的信息提取提供了方便。提升機(jī)電控系統(tǒng)常見(jiàn)故障有：（1）PLC本身的軟硬件故障，包括IO錯(cuò)誤、處理器錯(cuò)誤、程序錯(cuò)誤、通訊錯(cuò)誤、信號(hào)模板錯(cuò)誤等原因；（2）外圍硬件錯(cuò)誤，包括各種傳感器、外部接口設(shè)備等故障。數(shù)字控制系統(tǒng)本身的軟硬件故障一般可以由其自身完善的自診斷系統(tǒng)判斷，如西門子PLC的CPU在線診斷信息中一般可以完成自身的軟硬件故障診斷。而外圍硬件故障才是故障診斷的重點(diǎn)，如何對(duì)外圍硬件故障進(jìn)行歸類和檢測(cè)是智能診斷準(zhǔn)確性的根本。

根據(jù)提升機(jī)工藝控制的要求及特點(diǎn)，對(duì)諸如電機(jī)溫度超限報(bào)警、電機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)停機(jī)、變壓器溫度超限報(bào)警、深度指示器顯示失效、整流裝置冷卻風(fēng)機(jī)停機(jī)等一些不嚴(yán)重影響提升安全的故障，允許提升機(jī)完成當(dāng)次提升循環(huán)，故定義其為輕故障；但對(duì)諸如硬件安全回路斷開、軟件安全回路斷開、閘控安全回路斷開、信號(hào)安全回路斷開、急停開關(guān)斷開等一些可能嚴(yán)重影響提升安全的故障，則必須實(shí)施緊急停車操作，故定義為重故障。因此，需根據(jù)故障嚴(yán)重程度、故障位置、故障前后邏輯等相關(guān)信息，對(duì)故障進(jìn)行合理分類，并建立完善的故障分類樹，以明確故障發(fā)生的內(nèi)在邏輯關(guān)系。

2 智能診斷的設(shè)計(jì)方法

根據(jù)以上對(duì)提升機(jī)故障內(nèi)邏輯關(guān)系的分析，對(duì)所有故障信息進(jìn)行故障編碼，一個(gè)故障對(duì)應(yīng)唯一的一個(gè)故障編碼，以建立系統(tǒng)的故障編碼數(shù)據(jù)庫(kù)。利用故障樹分析方法，分析頂故障和底故障間的邏輯關(guān)系，以判斷哪個(gè)故障是第一故障源，那些故障是由首發(fā)故障連帶引起的引發(fā)故障。從而利用數(shù)字控制系統(tǒng)自身的高速運(yùn)算能力及人機(jī)界面靈活的顯示功能來(lái)實(shí)現(xiàn)故障的智能檢測(cè)與生動(dòng)指示。為保證原PLC電控系統(tǒng)運(yùn)行的安全性及穩(wěn)定性，采用模塊化的程序編程，智能診斷程序直接嵌入上位機(jī)組態(tài)軟件中，故障信息的讀取通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)直接從PLC控制系統(tǒng)中獲得。因此，該智能故障檢測(cè)功能的實(shí)現(xiàn)對(duì)原有電控程序無(wú)任何影響，可獨(dú)立于主控程序運(yùn)行。

本文所述智能故障診斷技術(shù)基于西門子的Wincc組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)，上位機(jī)與主控PLC之間通過(guò)MPI網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)故障信息的實(shí)時(shí)傳輸。Wincc根據(jù)上文所建立的故障數(shù)據(jù)庫(kù)及故障樹所表明的故障內(nèi)在邏輯關(guān)系，自動(dòng)判斷第一故障源，并將所有故障按照故障發(fā)生的先后邏輯順序在上位機(jī)界面中進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，同時(shí)該故障診斷系統(tǒng)也可將提升系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)集成在顯示畫面內(nèi)，以進(jìn)一步方便現(xiàn)場(chǎng)人員的故障分析、排查。

故障診斷設(shè)計(jì)中，將故障按類別進(jìn)行整理，通過(guò)類別判斷進(jìn)行分層尋找可能引發(fā)故障的原因，通過(guò)定性識(shí)別各類別下的故障原因，整理出對(duì)應(yīng)的邏輯關(guān)系網(wǎng)絡(luò)圖。提升機(jī)故障排列如圖1所示。

在數(shù)字控制系統(tǒng)中分配數(shù)據(jù)區(qū)用于存儲(chǔ)故障信息，數(shù)據(jù)區(qū)大小由統(tǒng)計(jì)的故障數(shù)來(lái)決定，可預(yù)留一部分用于后續(xù)增加的故障信息。故障信息按隊(duì)列的形式進(jìn)行排列。對(duì)觸發(fā)的故障設(shè)置地址指針，地址指針隨著故障時(shí)間的增加依次遞加，即可將其發(fā)生按時(shí)間原則排列入隊(duì)列順序中。具體隊(duì)列存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)流程圖如圖2所示。

3 智能故障監(jiān)測(cè)界面設(shè)計(jì)

智能故障監(jiān)測(cè)界面的設(shè)計(jì)以簡(jiǎn)潔實(shí)用為基本原則，首先實(shí)現(xiàn)了所有故障按照故障發(fā)生先后順序的自動(dòng)排序顯示，現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員僅需關(guān)注排序列表的第一個(gè)故障代碼即可，從而大大降低了故障排查時(shí)間，并實(shí)現(xiàn)了多次故障排序的連續(xù)記錄功能。

為進(jìn)一步方便現(xiàn)場(chǎng)人員的使用，同時(shí)將電控系統(tǒng)軟、硬件安全回路以生動(dòng)的電氣原理圖的形式動(dòng)態(tài)顯示在監(jiān)控界面中，從而使現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員無(wú)需打開PLC程序即可分析相關(guān)程序閉鎖、邏輯關(guān)系；將系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)信息，如行程、速度、溫度等以圖表的形式顯示的監(jiān)控界面，以方便系統(tǒng)分析故障發(fā)生的可能原因。

并充分利用了工業(yè)組態(tài)軟件強(qiáng)大的數(shù)據(jù)記錄功能，可方便的進(jìn)行故障記錄、歷史數(shù)據(jù)曲線查詢及相關(guān)數(shù)據(jù)表格打印功能，真正做到智能監(jiān)控。

4 結(jié)語(yǔ)語(yǔ)

文中介紹的基于Wincc的提升機(jī)智能故障檢測(cè)技術(shù)，在對(duì)提升機(jī)故障進(jìn)行詳細(xì)分類及故障邏輯關(guān)系分析基礎(chǔ)上，建立了完善的提升故障編碼數(shù)據(jù)，通過(guò)故障樹分析方法實(shí)現(xiàn)了第一故障源的自動(dòng)智能判斷及按照故障發(fā)生先后邏輯順序的自動(dòng)排序，采用Wincc組態(tài)軟件進(jìn)行了邏輯編程實(shí)現(xiàn)及監(jiān)控界面的顯示。現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行實(shí)踐證明了可方法的可行性和第一故障源檢查的準(zhǔn)確性，可有效提高故障排查效率。

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