提升機(jī)故障處理專家系統(tǒng)在煤礦的應(yīng)用

李利青

(潞安環(huán)能股份公司 漳村煤礦，山西 長(zhǎng)治 046032)

煤礦提升機(jī)電控系統(tǒng)為成套設(shè)備，在煤礦生產(chǎn)中時(shí)常出現(xiàn)故障，電控系統(tǒng)僅采用上位機(jī)對(duì)故障進(jìn)行指示及記錄，某一個(gè)故障發(fā)生往往引起其他故障相繼發(fā)生，但是上位機(jī)軟件采集數(shù)據(jù)的速率有限，致使低于采集周期發(fā)生的故障無法判斷其發(fā)生的先后順序，導(dǎo)致一但電控系統(tǒng)發(fā)生故障，上位機(jī)監(jiān)視報(bào)警系統(tǒng)出現(xiàn)多條故障記錄，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員極難及時(shí)處置。煤礦上位機(jī)報(bào)警信息僅在提升機(jī)廠房?jī)?nèi)看到，副礦遠(yuǎn)離主礦，管理者或者專業(yè)維護(hù)人員很難遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)獲取現(xiàn)場(chǎng)的詳細(xì)狀態(tài)信息，造成了管理、技術(shù)支持與現(xiàn)場(chǎng)的信息不對(duì)稱，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率的提升。針對(duì)此問題，煤礦在現(xiàn)有電控系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)基礎(chǔ)之上，引入故障處置專家系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)故障自動(dòng)智能診斷，通過故障處理專家系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)故障診斷的智能化、傻瓜化，有效提高副礦提升機(jī)電控系統(tǒng)故障處置效率，對(duì)煤礦生產(chǎn)作業(yè)產(chǎn)生了顯著的積極作用。

1 煤礦提升機(jī)電控系統(tǒng)故障特點(diǎn)及分類

提升機(jī)電控系統(tǒng)較為復(fù)雜，涉及到高壓系統(tǒng)、直流回路系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)等多個(gè)系統(tǒng)，因此導(dǎo)致故障現(xiàn)象與故障類型之間存在復(fù)雜聯(lián)系，具體可概括為：復(fù)雜性、層次性及相關(guān)性[1]，具體如下：

1) 復(fù)雜性。一個(gè)故障現(xiàn)象可對(duì)應(yīng)多種故障類型，一個(gè)故障類型對(duì)應(yīng)多種故障現(xiàn)象；工況改變后，故障類型與故障現(xiàn)象之間的關(guān)系可能發(fā)生變化；故障的各種現(xiàn)象不一定能夠完全掌握。

2) 層次性。故障往往由低層次向高層次發(fā)展，比如由報(bào)警故障發(fā)展為停機(jī)故障。

3) 相關(guān)性。提升機(jī)故障往往是幾個(gè)故障同時(shí)發(fā)生，并且存在一定聯(lián)系和影響。

煤礦提升機(jī)電控系統(tǒng)故障根據(jù)子系統(tǒng)可劃分為七大類：操作監(jiān)視系統(tǒng)故障、低壓電源系統(tǒng)故障、調(diào)節(jié)整流系統(tǒng)故障、信號(hào)系統(tǒng)故障、PLC柜故障、直流回路系統(tǒng)故障及高壓系統(tǒng)故障。每一大類又細(xì)分眾多小類故障，由于數(shù)量眾多便不一一介紹。

梳理故障類型、故障現(xiàn)象及故障間關(guān)系是建立故障分析及處理專家系統(tǒng)的基礎(chǔ)，知識(shí)庫、推理機(jī)及解釋機(jī)構(gòu)便是據(jù)此搭建，一定程度上此項(xiàng)工作決定了專家系統(tǒng)的準(zhǔn)確性及實(shí)用性。

2 煤礦提升機(jī)電控系統(tǒng)故障診斷及處理專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

專家系統(tǒng)(Expert System, ES)指以邏輯學(xué)和推理為方法，針對(duì)某一領(lǐng)域的特定問題，結(jié)合本領(lǐng)域?qū)I(yè)知識(shí)解決這些問題。專家系統(tǒng)通常由人機(jī)交互界面、知識(shí)庫、推理機(jī)、解釋器、綜合數(shù)據(jù)庫、知識(shí)獲取等6個(gè)部分構(gòu)成[2]，煤礦提升機(jī)電控系統(tǒng)故障診斷及處理專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 煤礦提升機(jī)電控系統(tǒng)故障診斷及處理專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

提升機(jī)電控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳入到監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫，主控模塊從數(shù)據(jù)庫實(shí)時(shí)獲得數(shù)據(jù)，并與推理機(jī)共享數(shù)據(jù)信息，推理機(jī)將數(shù)據(jù)信息與知識(shí)庫進(jìn)行比對(duì)，判斷故障類型及處置方法，并通過解釋機(jī)構(gòu)傳遞給人機(jī)交互模塊，現(xiàn)場(chǎng)人員可通過人機(jī)交互模塊讀取專家系統(tǒng)給出的判斷結(jié)構(gòu)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、操作主控模塊以及編輯知識(shí)庫。

3 專家系統(tǒng)搭建

專家系統(tǒng)搭建主要涉及知識(shí)庫設(shè)計(jì)、推理機(jī)設(shè)計(jì)及解釋器設(shè)計(jì)三大關(guān)鍵模塊[3]，現(xiàn)詳細(xì)介紹煤礦提升機(jī)電控系統(tǒng)故障分析及處理專家系統(tǒng)三部分設(shè)計(jì)。

3.1 知識(shí)庫設(shè)計(jì)

知識(shí)庫的建設(shè)涉及到三個(gè)方面：知識(shí)獲取、特征參數(shù)提取及特征描述[4]。專家系統(tǒng)知識(shí)庫是專家系統(tǒng)判斷的基礎(chǔ)，故障數(shù)據(jù)傳輸?shù)綄＜蚁到y(tǒng)后需要與知識(shí)庫比對(duì)才能得出準(zhǔn)確的判斷，因此知識(shí)庫關(guān)系著專家系統(tǒng)的靈敏度及準(zhǔn)確度。煤礦專家系統(tǒng)知識(shí)庫知識(shí)獲取采用非自動(dòng)獲取知識(shí)方法，如圖2所示，因此知識(shí)庫需要根據(jù)需要由管理員不斷維護(hù)，因?yàn)樘嵘龣C(jī)電控系統(tǒng)故障處理專家系統(tǒng)相比較于其他專家系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，此種方法更容易實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)維護(hù)更簡(jiǎn)單。

圖2 知識(shí)庫知識(shí)獲取途徑

特征參數(shù)及特征描述本質(zhì)上是對(duì)故障現(xiàn)象特征的描述，比如電流幅值、電流均方根值、電流變化率等參數(shù)可歸為特征參數(shù)，電流增長(zhǎng)較快、電流增長(zhǎng)慢等描述可歸為特征描述。兩者直接決定了專家系統(tǒng)的靈敏度及準(zhǔn)確度，在專家系統(tǒng)建設(shè)時(shí)需做細(xì)致、準(zhǔn)確。

3.2 推理機(jī)建設(shè)

推理機(jī)建設(shè)本質(zhì)上是確定專家系統(tǒng)決策思路，梳理煤礦提升機(jī)歷年故障案例發(fā)現(xiàn)：提升機(jī)電控系統(tǒng)故障具有很高的重復(fù)性，即故障重復(fù)發(fā)生，常見故障20余種。因此煤礦提升機(jī)電控系統(tǒng)故障處理專家系統(tǒng)選擇基于案例的推理方法，其推理過程如圖3所示。

圖3 推理機(jī)推理過程

1) 選取當(dāng)前故障S的核心特征；

2) 從故障案例知識(shí)庫中選取與故障S核心特征相似的故障案例；

3) 根據(jù)設(shè)定的算法計(jì)算匹配相似度；

4) 給出相似度最高的三種故障案例及處置思路(不超過三個(gè)的，以實(shí)際數(shù)量為準(zhǔn))。

3.3 解釋器建設(shè)

解釋器用于解析、記錄專家系統(tǒng)故障診斷過程及結(jié)果，煤礦提升機(jī)電控系統(tǒng)故障處理專家系統(tǒng)采用預(yù)制文本的方法，跟蹤專輯系統(tǒng)故障診斷過程及最終結(jié)果，并一一記錄，便于管理員和現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員查閱、調(diào)用，同時(shí)根據(jù)記錄可追溯專家系統(tǒng)潛在問題，并及時(shí)修正、維護(hù)。

4 結(jié) 語

煤礦提升機(jī)電控系統(tǒng)故障處理系統(tǒng)應(yīng)用效果良好，常見故障判斷準(zhǔn)確率100%，為煤礦生產(chǎn)效率提供較大幫助。同時(shí)也存在一定問題，比如案例數(shù)量不是十分豐富，對(duì)于非常見故障判準(zhǔn)確率較低，現(xiàn)場(chǎng)人員若過于依賴此系統(tǒng)容易被誤導(dǎo)，針對(duì)此問題，可不斷優(yōu)化、維護(hù)專家系統(tǒng)，提高故障案例知識(shí)庫豐富度，可在很大程度上解決該問題。