主井提升機系統改造

張澤建

（河南神火集團有限公司，河南 永城 476600）

1 課題的來源

自上世紀末，數字控制提升機系統開始在采礦業方面使用，它不但提高了生產效率，而且增加了提升系統的安全性和可靠性。陳四樓礦主井提升機是上世紀末引進德國西門子公司的全套設備，該設備采用磁場定向閉環控制的交交變頻系統。整個控制、監測和安全回路系統全部是串行連接的全數字化的，硬件由SIMATIC和SIMADYN D家族及SINECLE1總線部件構成。特別重要是該套設備有一套反映提升機運行狀況及故障診斷的管理系統，以圖象和圖表的方式可顯示8幕提升機運行狀況，不但可提供故障診斷信息，而且還顯示了井筒區對閉鎖井筒中限位開關的情況，以及制動系統和通風系統的情況及額外的信息。這些信息不僅能找出并將事故隱患消除在萌芽狀態，而且能第一時間發現故障，從而避免人員傷亡和設備總性事故的發生。尤其重要的是，應用故障監控和診斷技術，實現了預知維修，使得維修費用和時間都大為降低，從而保證了設備正常運行的時間，大幅度地提高生產率，產生了巨大的經濟效益。但隨著計算機、網絡及通訊的發展，該套設備隨著長期應用的逐步老化，其硬件系統已經落后，如計算機在運行過程中經常死機、顯示器燒壞、硬盤損壞，由于通訊系統不匹配，無法更換主機，只好還用原系統。由于沒有專家系統的故障診斷方法，一些特殊故障需要國外專家修理。鑒于此，我們對此套系統進行了技術改造。

2 國內外研究設備管理系統現狀

目前，國內外對提升機管理系統的研究主要包含兩個方面：（1）是對設備的運行狀態進行監測；（2）是在發現異常情況后對設備的故障進行分析、診斷。設備運行狀態的監測是比較成熟的技術，但故障監控和診斷技術是近三十年發展起來的一門新技術，歐洲各國在歐洲維修團體聯盟的推動下，主要以英國倡導的設備綜合工程學為指導；美國以后者為指導；日本吸收二者特點，提出全員生產維修的觀念。美國自1961年開始執行阿波羅計劃后，出現一系列因設備故障造成的事故，導致1967年在美國民航局倡導下，由美國海軍研究室主持成立了美國機械故障預防小組，并積極從事技術診斷的開發。美國診斷技術在航空、航天；軍事、核能尖端部門仍處于世界領先地位。我國在故障監測和診斷技術方面起步較晚，1979年初步接觸設備診斷技術。目前我國設備診斷技術在化工、冶金、電力等行業應用較好。

國內外對故障監視和診斷的研究大體分三類：

第一類方法是基于數學模型的狀態估計方法；第二類是基于數據分析的直覺推理方法，如統計法，過程控制圖法，故障樹技術，因果關系圖方法，決策表方法與模式識別方法等；第三類是基于專家經驗和知識的專家系統方法。與第三類方法相比，第一類方法非常依賴于數學模型。由于在異常工況下，缺乏現場數據，難以建立數學模型。并且實際對象的結構也將發生相應的變化，致使模型結構與實際對象不一致，加上模型本身的誤差最終會影響診斷的命中率，這就使第一類方法在復雜工業生產故障診斷中的應用受到很大的限制。第二類方法的主要問題是知識表達能力十分有限，且缺乏靈活性，如故障法，決策表法等。有的方法只宜用于故障檢測或簡單場合的故障診斷，如統計方法，過程控制圖法，模式識別方法等。而專家系統方法具有豐富的知識表達能力和問題求解能力，既可以充分發揮專家在診斷中根據各種感覺與各種知識得到的事實與專家經驗進行快速準確推理，又能很方便地推廣應用各種不同的診斷對象。

3 提升機原管理系統結構圖

圖中:（1）1#PLC——裝卸載運行參數的采集，整理；（2）2#PLC——液壓控制系統運行參數的采集、整理；（3）SIMADYN D——驅動控制回路參數的采集，整理；（4）主PLC——整個系統的控制，安全回路的參數的采集，整理；（5）上位機依據PLC傳輸來的信息，完成提升機的運行顯示及故障診斷；

4 改造后的系統

改造提升機管理系統，過程分兩個方面，如下：

(1)硬件部分：更換管理系統的主機和顯示器，選擇華碩工控機并配備相應的附件。其技術特征如下：

——Desktoppcwith19 InchLCD Display

——Pentium 4，2.4GCPU，80G硬盤

——RS232/TTYinterfacecoverter

(2)軟件部分：應用軟件采用Visual Basic 6.0，系統軟件采用windows xp。

(3)提升機控制系統為SIEMENS S5 PLC，編程用step5語言，這一部 分基本不改變。

（4）提升機 控制系統與管理系統的通訊為：主PLC的CP544板的TTY接口通過RS232/TTY interface coverter連接管理系統的pcCOM1接口。

根據提升機最近幾年出現的故障，把信息重新與實際故障對應，并參考有關專家的建議。

改造后的系統結構如下：

圖中:（1）1#PLC2#PLCSIMADYN D主PLC的功能與原功能相似。

（2）1#上位機依據PLC傳輸來的信息，完成提升機的運行顯示故障診斷，并且可以把信息傳遞給公司局域網。

（3）2#上位機放在調度室，用于調度人員的生產指揮。

5 創新及改造后的作用

本改造將運行故障監控技術，診斷技術和維修技術融為一體，采用“傳感器+PLC+上位機+局域網”的模式的故障診斷系統的硬件環境，同時，基于專家的理論和方法，開發了故障診斷系統軟件。通過現代最新計算機及通信技術，擴寬了專家系統的應用范圍，同時也為故障診斷技術的發展增添新的內容。

在國內從事設備診斷的專家較少，往往會因不能及時到位診斷而造成巨大的經濟損失。而采用基于網絡傳遞的故障診斷系統這種經濟、簡便的方法，只需將現場數據及時傳送給專家，就可以像在現場一樣準確、及時地做出判斷，采取有效措施解決問題，實現“移動的是數據而不是人”，從而改變了一旦設備發生故障，維護人員就疲于奔命的被動局面。

結語

目前，國內煤炭市場緊張局面趨于緩和，但很多大型現代化礦井正在開發，因此，引進提升機是提高生產能力的必然選擇，但提升機的管理系統至關重要，從長期使用考慮，其經濟效益和技術性能有明顯的優越性。因此，認真研究和學習其控制方法，一定能更好地推動設備管理系統在我國的發展。

[1]Shenkang Wang et al.MA-C:a multimedia instruction model based on multi-agents and CSCW.Computer Supported Cooperative Work in Design,The Sixth International Conference on July 2001:pp.520-522

[2]陸建湖，黃文，毛漢領.機械設備振動監測與故障診斷的發展與展望[J].儀器儀表與分析監測，1999（01）.

[3]李迎春，朱詩兵.Visual Basic 6.0網絡編程[M].北京:北京希望電子出版社，2001（10）.