堆料機控制系統(tǒng)中故障診斷技術的實現(xiàn)

馬憲勇

摘 要：為科學有效地解決傳統(tǒng)堆料機運行過程中出現(xiàn)的故障，提高堆料系統(tǒng)自動化的可靠性，實現(xiàn)智能診斷技術在堆料機故障診斷中的應用，在堆料機的控制系統(tǒng)中基于專家系統(tǒng)的技術來構建了堆料機故障診斷的信息系統(tǒng)。文章以某接卸煤炭為生產(chǎn)的港口公司為工業(yè)現(xiàn)場進行實例分析。

關鍵詞：堆料機；控制系統(tǒng)；專家系統(tǒng)；PLC系統(tǒng)

引言

堆料機是將散狀物料如煤炭、礦石、化工原料在勻化過程中按某種堆料方法將散狀物料連續(xù)地堆成料堆的一種機械設備。堆料機主要由堆料機構、旋轉(zhuǎn)及俯仰裝置、行走機構、門柱及支架、司機室、進料帶式輸送機聯(lián)接裝置等部分組成。堆料機按堆料方式來分類的話，主要有懸臂帶式和橋式帶式兩種類型。堆料機的系統(tǒng)設計有自動模式和手動模式兩種運行模式。在自動模式下，系統(tǒng)自動按工作人員已經(jīng)設定的順序分階段的來啟動堆料機的各子系統(tǒng)，在啟動完成后，堆料機系統(tǒng)開始進行工作，系統(tǒng)停機時按照與啟動順序相反的過程對各子系統(tǒng)進行停止。由于中國社會、經(jīng)濟、文化以及工業(yè)技術的迅速發(fā)展，堆料機系統(tǒng)越來越廣泛的應用在大型火力發(fā)電廠的煤炭運輸系統(tǒng)、大型糧食儲備基地及糧食的轉(zhuǎn)運碼頭的運輸系統(tǒng)、大型的散狀物料（水泥、沙子等）儲藏和運輸系統(tǒng)以及大中型的煤炭等礦石碼頭等地，其對中國經(jīng)濟尤其是工業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展產(chǎn)生越來越大的促進作用。

然而，由于堆料機的重要性，其在出現(xiàn)各種故障問題時，如果僅僅憑借操作人員的經(jīng)驗判斷故障的原因有時會產(chǎn)生較大的偏誤，很難對操作的可靠性和準確性進行保障，另外，即使操作人員針對故障的判斷是正確的，準確的解決了堆料機系統(tǒng)的故障，這也僅僅是操作人員針對某個特殊的故障進行判斷，這類經(jīng)驗僅僅適合堆料機系統(tǒng)出現(xiàn)類似的問題時，才可以借助操作人員的個人經(jīng)驗的判斷。為此，為了可以及時有效的解決堆料機系統(tǒng)工作過程中的相關故障問題，進一步的提高自動化水平，文章在堆料機無人值守控制系統(tǒng)中應用專家系統(tǒng)技術，設計了一個故障信息的診斷系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以在故障發(fā)生時推斷出故障出現(xiàn)的可能的原因，并根據(jù)自己的判斷來提出一定的解決方案。

1 診斷系統(tǒng)簡介

本診斷系統(tǒng)的工業(yè)現(xiàn)場是以接卸煤炭為生產(chǎn)的港口，設備是懸臂帶式堆料機，目前是由司機人為操縱的堆料模式，堆料能力是7780t/h，懸臂皮帶帶寬是2.2米，地面皮帶是2米，目前堆料機的電氣控制系統(tǒng)是由PLC系統(tǒng)進行控制的，故障檢測是由相關電子元件的觸發(fā)、檢測等信號通過PLC系統(tǒng)進行連鎖保護。堆料機主要由堆料機構、旋轉(zhuǎn)及俯仰裝置、行走臺車、門柱及支架、司機室、進料帶式輸送機聯(lián)接裝置等部分組成。當煤炭運輸進來以后，翻車機把煤炭放在皮帶輸送機上，皮帶輸送機將煤炭源源不斷的送入堆料場，其中堆料機將煤炭從皮帶運輸機上取下。其中取料機的作用與堆料機相反，取料機是將料堆中的煤炭卻出放入皮帶機上，再有皮帶輸送機運輸?shù)酱a頭的運輸船只上。

為了本公司將來可以實現(xiàn)智能的故障診斷技術，文章以無人值守控制系統(tǒng)為方向，設計的控制系統(tǒng)由中央監(jiān)控室（central monitoring room，CMR）和無人值守監(jiān)控室（unattended monitoring room，UMR）兩大部分組成。CMR主要是用來監(jiān)視現(xiàn)場所有的設備運行情況，包括噴水除塵、懸臂皮帶機等各個機構；UMR主要是對堆料機的手動、半自動、全自動操作。整個網(wǎng)絡通過控制網(wǎng)（Control Net）進行集成和傳輸控制信號。同時，為了確保該系統(tǒng)的連續(xù)穩(wěn)健的工作運行，本系統(tǒng)采用控制器硬冗余的方式構建控制系統(tǒng)。

2 故障診斷系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

因為堆料機的工作結(jié)構復雜多樣，工業(yè)現(xiàn)場的各類保護信號種類繁多，常常會由于一些很小的問題故障致使堆料機系統(tǒng)無法正常的工作。目前的故障處理方式是堆料機出現(xiàn)故障后，主要由操作司機人為進行檢查、核實，并對所有可能的故障一一進行排除，最終在確認具體故障后進行處理和復位，故障體現(xiàn)不明顯，缺點在于不僅費時而且費力。文章構建的故障診斷系統(tǒng)主要基于專家系統(tǒng)的技術手段來進行構建的。當堆料機系統(tǒng)發(fā)生故障或停止工作時，PLC工業(yè)現(xiàn)場的故障信號通過Control net傳遞到故障監(jiān)控機，然后最終的故障信號由故障監(jiān)控機將收集到的故障信號提交給故障診斷系統(tǒng)，最終由故障診斷系統(tǒng)結(jié)合堆料機的相關工作流程和參數(shù)對故障進行系統(tǒng)分析，對當前故障發(fā)生的原因進行推斷，并給出相關的故障解決方案。

2.1 專家?guī)煜到y(tǒng)的構建

堆料機的故障診斷專家系統(tǒng)（Fault Diagnosis Expert System，F(xiàn)DES）主要是由知識庫（Knowledge base，KB）、數(shù)據(jù)庫（database，DB）、推理機、解釋器、知識獲取、人機交互等部分組成，其中知識庫和推理機為FDES的核心結(jié)構。知識庫存儲故障診斷的一般知識和領域知識，它包含大量用來解決實際問題的知識規(guī)則。

知識獲取模塊（Knowledge acquisition system，KAS）是FDES與相關專家交互的接口，通過KAS與相關專家進行交互，增加KB系統(tǒng)的新信息和新的知識，同時不斷的完善、修正和充實KB中原有的信息和知識，從而提高故障診斷系統(tǒng)的性能。DB系統(tǒng)是用來儲存目標問題的基本原始數(shù)據(jù)以及在推理的過程中所獲得的各類中間信息。DB系統(tǒng)利用Microsoft SQL Server2008來收集和完善實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、故障數(shù)據(jù)等三個子數(shù)據(jù)庫。

2.2 故障信息的通信設計

文章的FDES系統(tǒng)利用RSView32軟件來對上位機進行監(jiān)控，信息并通過Control Net網(wǎng)絡用服務器或客戶端的基本形式基于OPC技術實現(xiàn)對遠程數(shù)據(jù)系統(tǒng)的訪問和讀取，從而實現(xiàn)了對PLC工業(yè)現(xiàn)場故障信號的采集。FDES系統(tǒng)使用RSView32的VB接口用作RSView32與故障診斷信息DB系統(tǒng)的ADO通信，進而利用故障診斷系統(tǒng)的故障信號的分析處理并提出解決方案，文章利用RSView32的VB模塊來編寫OPC客戶端應用程序，主要包括了連接OPC服務器、添加OPC組對象、添加數(shù)據(jù)項、讀寫同步數(shù)據(jù)、斷開OPC服務器等基本模塊。

微軟公司的ADO （ActiveX Data Objects） 是一個用于存取數(shù)據(jù)源的COM組件。它提供了編程語言和統(tǒng)一數(shù)據(jù)訪問方式OLE DB的一個中間層，允許開發(fā)人員編寫訪問數(shù)據(jù)的代碼而不用關心數(shù)據(jù)庫是如何實現(xiàn)的，而只用關心數(shù)據(jù)庫的具體連接方式。ADO中最主要對象是Connection， Command， Record set等3個對象。

3 結(jié)束語

堆料機是港口生產(chǎn)的重要機械設備，傳統(tǒng)的堆料機在生產(chǎn)過程中，極容易產(chǎn)生各類故障，不利于及時發(fā)現(xiàn)具體的故障部位，也不利于堆料機對實時工況的監(jiān)測。利用基于專家系統(tǒng)構建的故障診斷系統(tǒng)對堆料機進行改造，能有效減少現(xiàn)場作業(yè)人員的投入和工作強度，并能夠及時對堆料機各部件工作狀態(tài)和設備工作能力進行監(jiān)測，能有效的提高生產(chǎn)效率和故障處理效率，具有極高的實踐應用價值。

參考文獻

[1]許建平，崔平，翁正新.基于Factory Talk實時數(shù)據(jù)和VBA的配方管理[J].測控技術，2006，25（9）：48-50.