礦井主扇風機遠程監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)

李朕　馬晨峰　岳強

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

關鍵詞 PLC 人機界面 故障診斷 以太環(huán)網(wǎng)

中圖分類號：TD44 文獻標識碼：A

1 系統(tǒng)整體結構

礦井主扇風機遠程監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)總體結構，采用三層集散式結構框架，以可編程序控制器PLC為控制核心，將傳感器采集到的風機各項參數(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)遠傳給上位監(jiān)控機，同時現(xiàn)場采用人機界面觸摸屏對主扇風機的各項參數(shù)實現(xiàn)現(xiàn)場實時顯示，同時可實現(xiàn)對主扇風機的現(xiàn)場控制和參數(shù)限值調定。

2 下位機數(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，需要進行檢測的項目有兩臺主扇風機的性能參數(shù)、電機的電氣參數(shù)、軸承溫度、電機振動。系統(tǒng)對電機繞組及軸承溫度的測量使用電機中的PT100熱電阻與EDA9018溫度采集模塊配合實現(xiàn)，由于風機距離控制柜較遠（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 人機界面觸摸屏

人機界面觸摸屏是主扇風機監(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)的設計要求和實際需要，分別對兩臺主扇風機的數(shù)據(jù)監(jiān)測實時畫面、運行控制畫面、和參數(shù)設置畫面進行了開發(fā)，數(shù)據(jù)監(jiān)測畫面主要實現(xiàn)對兩臺主扇風機各項檢測參數(shù)的現(xiàn)場實時顯示，方便工作人員在現(xiàn)場對風機的性能進行全面、直觀的了解；運行控制畫面可實現(xiàn)對風機的啟?？刂坪惋L門開關控制等；參數(shù)設置畫面用于現(xiàn)場工作人員根據(jù)實際情況對風機各項參數(shù)的限值進行設置，保證對風機超限參數(shù)的準確報警。

3 上位機遠程監(jiān)測及預警系統(tǒng)

系統(tǒng)在上位機采用組態(tài)軟件創(chuàng)建主扇風機的遠程監(jiān)測動態(tài)畫面，其根據(jù)風機的結構進行上位機組態(tài)虛擬結構繪圖，并創(chuàng)建相應的管道開機流動動畫，保證現(xiàn)場操作人員對風機運行狀態(tài)進行有效地區(qū)分，避免誤操作。風機遠程監(jiān)測的主畫面可實現(xiàn)對兩大主扇風機各項檢測參數(shù)以及運行狀態(tài)的實時顯示，同時并行設置視頻監(jiān)控、數(shù)據(jù)查詢、曲線查詢、參數(shù)設置等多項功能，實現(xiàn)對風機的多角度綜合監(jiān)測。

4 風機故障診斷專家系統(tǒng)

4.1 知識庫

知識庫是整個風機故障診斷專家系統(tǒng)的核心，系統(tǒng)的各項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)驗知識輸入界面將專家經(jīng)驗輸入至知識庫管理模塊，再通過知識庫轉換程序最終存儲在知識庫中。知識庫中存儲大量的風機故障案例以及故障診斷、維修專家的經(jīng)驗，在處理實際問題時，專家系統(tǒng)會從知識庫中調用相應的知識，例如對主扇風機電機振動的故障診斷，輸入風機的故障征兆，“隨轉速變化明顯”和“高轉速時顯著增大”兩條故障征兆，進行一手推理，知識庫則會給出相應的推斷結果，并給出其可信度值，隨著故障征兆的不斷細化，則會最終得出精確的系統(tǒng)故障結果。構建主扇風機故障診斷專家系統(tǒng)的知識庫是一個循序漸進的過程，不能一蹴而就，在系統(tǒng)實際的運行工作中，還要經(jīng)過反復的修改和補充，實現(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果。

4.2. 推理機

推理機實際上是一組計算機程序，根據(jù)用戶在用戶界面（人機接口）輸入的主扇風機診斷任務來調用知識庫中相關的經(jīng)驗知識和規(guī)則，再按照一定的規(guī)則進行精確化匹配，從知識庫中推導出風機的故障原因及維護方法，再以解釋程序為平臺，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。解釋程序作為專家系統(tǒng)的一個重要的子系統(tǒng)，有助于用戶對風機故障細節(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一步改進、完善專家系統(tǒng)。

5 結語

礦井主扇風機遠程監(jiān)測及故障診斷專家系統(tǒng)實現(xiàn)了對兩臺主扇風機的遠程集中控制、風機各項參數(shù)遠程監(jiān)測以及故障診斷、推理，將主扇風機的遠程實時監(jiān)控、超限報警以及故障診斷多系統(tǒng)集成化。運用專家系統(tǒng)開發(fā)工具和龐大的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)構建風機的故障診斷專家系統(tǒng)，對風機出現(xiàn)的不同故障進行推理分析，準確的判斷主扇風機的故障類型和故障走向，并給出相應的經(jīng)驗處理、維修方案，避免了盲目性維修，大大降低了維修成本，保證了主扇風機的穩(wěn)定運行和煤礦的安全生產(chǎn)。為礦山的安全、穩(wěn)定運營提供了有效地保障。

參考文獻

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