礦用提升機故障診斷

張亞倫

摘 要：本文將針對在礦山機械中十分重要的礦用提升機建立一個進行故障診斷的專家系統，收集專業資料建立起腳本文件并對腳本文件進行結構化分析，建立起故障診斷的故障征兆集和故障原因集。并以主軸承裝置為例詳細說明系統的工作過程。

關鍵詞：礦用提升機；故障；專家系統；主軸承裝置

礦用提升機被稱為“礦井的咽喉”。無論是在自動化生產領域還是在采礦業中軍占有重要位置。其工作環境十分特殊，一旦發生故障將造成不可估量的人員損失和經濟損失，因此在故障出現前后能快速準確地找出故障原因就顯得尤為重要[1]。在長期的生產實踐過程中積累了豐富的經驗，將故障分為以下幾類：主軸承故障，制動系統故障，減速系統故障，鋼絲繩、天輪、提升容器故障，主軸、卷筒故障和調繩離合裝置故障。具體內容如圖1—圖6所示：

本文中故障診斷專家系統的功能是根據現場的情況確定是否有故障并推斷故障的類型和位置，因此需要對現場狀態進行進行評估，根據上一部分所收集到的資料，確定了以下的故障征兆集與故障原因集：

主軸承部分故障征兆集：強金屬音；規則音；不規則音；異常磨損，振動大；異常溫升；

主軸承部分故障原因集：異常載荷；潤滑劑不足或不合適；裝配不良；滾道剝離或生銹；游隙過大；異物入侵；滾動體損傷；密封不良；

制動系統故障征兆集：局部軸瓦過熱；松閘不靈活；制動力矩不足；軸瓦偏磨；油壓不穩；

制動系統故障原因集：軸瓦調整不當，制動力矩分布不均；轉動活結不靈活；制動油缸卡缸；油壓壓力小；制動重量不夠，盤形彈簧彈力不夠；密封皮碗或漲圈過緊；活塞表面不光滑；油孔或油管堵塞；密封圈漏氣；油質不良；油泵工作性能不良；軸瓦與制動中心線不重合，偏差過大；軸瓦間隙不均勻；

調繩離合裝置故障征兆集：運動卷筒卡在軸上；離合器發熱；離合器不能很好的合上；離合器氣缸內有敲擊聲；

調繩離合裝置故障原因集：活動卷筒的軸套潤滑不良；尼龍繩套與軸連接在一起；離合器溝槽內有臟物或金屬碎屑；內齒圈和外齒輪的輪齒上有毛刺；活塞安裝不正確；活塞與缸蓋間間隙太小[1]

在系統發生某一個故障后， 經過復雜系統的作用之后會產生多個外在表現，比如聲音異常，發熱異常，機械破壞等，而同一種故障現象也可能有多種故障原因導致，所以根據故障現象確定故障原因的推理過程肯定是不確定的，異常現象產生時會有多個可能的結果，需要由現場操作的技術人員逐個排查，因此本文中所建立的專家系統是為現場操作的技術人員提供參考信息之用。使用過程為：首先，由現場人員發現異常之后開啟專家系統，啟動后專家系統通過交互界面向現場人員發出一系列的詢問，詢問內容是是否有某故障現象，用戶向回答yes或者no，所有問題詢問結束后向用戶輸出診斷結果。在系統內部動作過程開始于用戶輸入信息，每回答一個問題，系統內部推理機就會運行并得出一系列推理，之后將這些知識庫中相關信息及這些推論掉入數據庫[2]，當作事實，用事實和數據庫中數據和知識庫中事實規則進行匹配，匹配成功得到最終的診斷結果之后輸出所有匹配成功的診斷結果。所以本系統的關鍵模塊是推理機，其工作原理為：通過詢問程序向用戶發出提問，若得到肯定的回答，則作出肯定的斷言，得到肯定的事實，最后將這個事實調入數據庫和數據庫中規則相匹配，若匹配成功，則輸出對應的診斷結果并將該肯定結論保留到數據庫中，如果根據當前的已知事實無法得到確定的診斷結果，則回溯到詢問模塊，繼續向用戶發出提問。如果詢問得到的是否定的回答，即沒有某個故障現象，則系統作出否定斷言，得到相應的否定事實，之后將該事實同樣添加到數據庫中，將其與知識庫中的規則相匹配，判斷能否得到相應的結論，若能則輸出診斷結果，否則繼續返回到詢問模塊，發出提問。若系統發出所有提問后仍然沒有匹配成功，則輸出無法確定故障原因。

以主軸承故障為例，詳細說明程序的運行過程：

源程序如下

主軸承模塊診斷程序：

/*以下是基本事實的定義*/

xpositive（symbol，symbol）

xnegative（symbol，symbol）.

/*以下是謂詞定義*/

reason_is（symbol）.

positive（symbol，symbol）

negative（symbol，symbol）

ask（symbol，symbol，symbol）

remember（symbol，symbol，symbol）

clear_facts（）

run（）.

/*下面是為推理機提供知識*/

reason_is（zhuZCr1）：- %當存在強金屬音現象時，故障原因為異常載荷

positive（has，zhuZCs1）.

reason_is（zhuZCr2）：- % 當存在強金屬音，異常磨損和異常溫升現象時

positive（has，zhuZCs1）， % 故障原因為潤滑劑不足或不合適

positive（has，zhuZCs4），

positive（has，zhuZCs6）.

reason_is（zhuZCr3）：-

positive（has，zhuZCs1），

positive（has，zhuZCs4），

positive（has，zhuZCs5）.

reason_is（zhuZCr4）：-

positive（has，zhuZCs2），

positive（has，zhuZCs5），

positive（has，zhuZCs6）.

reason_is（zhuZCr5）：-

positive（has，zhuZCs3）.

reason_is（zhuZCr6）：-

positive（has，zhuZCs3），

positive（has，zhuZCs5），

positive（has，zhuZCs6）.

reason_is（zhuZCr7）：-

positive（has，zhuZCs3）.

reason_is（zhuZCr8）：-

positive（has，zhuZCs4）.

/*以下是推理過程*/

run（）：-

reason_is（X），！，

write（“＼nthe reason maybe “，X）.

nl，nl，

run（）：-

write（“diagnosis complete”），

write（“thank you for your usage” ），

clear_facts.

positive（X，Y）：-

xpositive（X，Y），！.

positive（X，Y）：-

not（xnegative（X，Y）），

ask（X，Y，yes）.

negative（X，Y）：-

xnegative（X，Y），！.

negative（X，Y）：-

not（xpositive（X，Y）），

ask（X，Y，no）.

ask（X，Y，yes）：-

！，

write（“Does it”，X），

write（“the symbol of”，Y），

readln（Reply），nl，

frontchar（Reply，”yes”），

remember（X，Y，yes）.

ask（X，Y，no）：-

！，

write（“Does it”，X），

write（“the symbol of”，Y），

readln（Reply），nl，

frontchar（Reply，”no”），

remember（X，Y，no）.

remember（X，Y，yes）：-

assertz（xpositive（X，Y））.

remember（X，Y，no）：-

assertz（xnegative（X，Y））.

clear_facts：-

write（“please press the space bar to exit”），

retractall（_，dbasedom），

readchar（_）.

goal

run.

S1：操作系統通過關鍵詞goal找到目標程序run；

S2：取出run程序的第一個前提條件reason_is（X）判斷是否成立

S3：在知識庫中尋找與謂詞reason_is（X）相匹配的規則與知識，第一條規則是reason_is（zhuZCr1），謂詞相同，匹配成功，開始查驗第一條規則的前提條件

S4：前提條件是positive（has，zhuZCs1），推理機中對positive（has，zhuZCs1）進行說明的規則有兩個positive（X，Y）：-xpositive（X，Y），！.和positive（X，Y）：- not（xnegative（X，Y）），ask（X，Y，yes）.其中第一個規則中前提條件為xpositive（X，Y），沒有與xpositive（）相關的謂詞聲明，故按照第二條規則進行推理

S5：第二條規則中第一個前提條件為非xnegative（X，Y）， xnegative（X，Y）與xpositive（X，Y）一樣是無法判斷的，因此xnegative（X，Y）不成立的條件成立，取出第二條規則的第二個前提條件

S6： 取出第二條規則的第二個前提條件是ask（X，Y，yes）.故轉到程序段ask（X，Y，yes），判斷其是否成立

S7： ask（X，Y，yes）程序段的前兩個要求為輸出問題的指令，執行后將在屏幕上顯示如下信息：

Does it has the symbol of zhuZCs1？

S8：用戶根據實際情況回答yes或者no

S9：第三和第四兩條指令的功能是讀取并保存用戶輸入的信息

S10：如果輸入的是yes，則ask（X，Y，yes）成立，轉去執行remember（X，Y，yes）指令，其功能為斷言xpositive（X，Y）.成立，生成事實xpositive（X，Y），回溯查驗規則positive（X，Y）：-xpositive（X，Y），！.前提條件成立，則positive（X，Y）.成立；

X綁定zhuZCr1成功，轉去執行run的第三個條件，輸出信息“the reason maybe zhuZCr1”

并換行

最后執行強制失敗指令fail，轉去驗證知識庫中推理驗證第二條知識，直到知識庫中所有知識均被查驗完畢，輸出diagnosis complete thank you for your usage

S10：如果輸入的是no，則ask（X，Y，no）成立轉去執行remember（X，Y，no）指令，其功能為斷言xnegative（X，Y）.成立，生成事實xnegative（X，Y），回溯查驗規則positive（X，Y）：-xnegative（X，Y），！.前提條件不成立，則終止回溯，開始驗證第二條規則；

直到知識庫中所有知識均被查驗完畢，輸出diagnosis complete thank you for your usage

參考文獻

[1]郭文斌. HSVE2.8型礦用提升機故障診斷專家系統設計. 江西煤炭科技. 2016.11.15

[2]武波，馬玉祥. 專家系統. 北京理工大學出版社 2003.09