張澤建

（河南神火集團(tuán)有限公司，河南 永城 476600）

1 課題的來(lái)源

自上世紀(jì)末，數(shù)字控制提升機(jī)系統(tǒng)開(kāi)始在采礦業(yè)方面使用，它不但提高了生產(chǎn)效率，而且增加了提升系統(tǒng)的安全性和可靠性。陳四樓礦主井提升機(jī)是上世紀(jì)末引進(jìn)德國(guó)西門子公司的全套設(shè)備，該設(shè)備采用磁場(chǎng)定向閉環(huán)控制的交交變頻系統(tǒng)。整個(gè)控制、監(jiān)測(cè)和安全回路系統(tǒng)全部是串行連接的全數(shù)字化的，硬件由SIMATIC和SIMADYN D家族及SINECLE1總線部件構(gòu)成。特別重要是該套設(shè)備有一套反映提升機(jī)運(yùn)行狀況及故障診斷的管理系統(tǒng)，以圖象和圖表的方式可顯示8幕提升機(jī)運(yùn)行狀況，不但可提供故障診斷信息，而且還顯示了井筒區(qū)對(duì)閉鎖井筒中限位開(kāi)關(guān)的情況，以及制動(dòng)系統(tǒng)和通風(fēng)系統(tǒng)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(tài)，而且能第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)故障，從而避免人員傷亡和設(shè)備總性事故的發(fā)生。尤其重要的是，應(yīng)用故障監(jiān)控和診斷技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了預(yù)知維修，使得維修費(fèi)用和時(shí)間都大為降低，從而保證了設(shè)備正常運(yùn)行的時(shí)間，大幅度地提高生產(chǎn)率，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。但隨著計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)及通訊的發(fā)展，該套設(shè)備隨著長(zhǎng)期應(yīng)用的逐步老化，其硬件系統(tǒng)已經(jīng)落后，如計(jì)算機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常死機(jī)、顯示器燒壞、硬盤損壞，由于通訊系統(tǒng)不匹配，無(wú)法更換主機(jī)，只好還用原系統(tǒng)。由于沒(méi)有專家系統(tǒng)的故障診斷方法，一些特殊故障需要國(guó)外專家修理。鑒于此，我們對(duì)此套系統(tǒng)進(jìn)行了技術(shù)改造。

2 國(guó)內(nèi)外研究設(shè)備管理系統(tǒng)現(xiàn)狀

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)提升機(jī)管理系統(tǒng)的研究主要包含兩個(gè)方面：（1）是對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)；（2）是在發(fā)現(xiàn)異常情況后對(duì)設(shè)備的故障進(jìn)行分析、診斷。設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)是比較成熟的技術(shù)，但故障監(jiān)控和診斷技術(shù)是近三十年發(fā)展起來(lái)的一門新技術(shù)，歐洲各國(guó)在歐洲維修團(tuán)體聯(lián)盟的推動(dòng)下，主要以英國(guó)倡導(dǎo)的設(shè)備綜合工程學(xué)為指導(dǎo)；美國(guó)以后者為指導(dǎo)；日本吸收二者特點(diǎn)，提出全員生產(chǎn)維修的觀念。美國(guó)自1961年開(kāi)始執(zhí)行阿波羅計(jì)劃后，出現(xiàn)一系列因設(shè)備故障造成的事故，導(dǎo)致1967年在美國(guó)民航局倡導(dǎo)下，由美國(guó)海軍研究室主持成立了美國(guó)機(jī)械故障預(yù)防小組，并積極從事技術(shù)診斷的開(kāi)發(fā)。美國(guó)診斷技術(shù)在航空、航天；軍事、核能尖端部門仍處于世界領(lǐng)先地位。我國(guó)在故障監(jiān)測(cè)和診斷技術(shù)方面起步較晚，1979年初步接觸設(shè)備診斷技術(shù)。目前我國(guó)設(shè)備診斷技術(shù)在化工、冶金、電力等行業(yè)應(yīng)用較好。

國(guó)內(nèi)外對(duì)故障監(jiān)視和診斷的研究大體分三類：

第一類方法是基于數(shù)學(xué)模型的狀態(tài)估計(jì)方法；第二類是基于數(shù)據(jù)分析的直覺(jué)推理方法，如統(tǒng)計(jì)法，過(guò)程控制圖法，故障樹技術(shù)，因果關(guān)系圖方法，決策表方法與模式識(shí)別方法等；第三類是基于專家經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)的專家系統(tǒng)方法。與第三類方法相比，第一類方法非常依賴于數(shù)學(xué)模型。由于在異常工況下，缺乏現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，難以建立數(shù)學(xué)模型。并且實(shí)際對(duì)象的結(jié)構(gòu)也將發(fā)生相應(yīng)的變化，致使模型結(jié)構(gòu)與實(shí)際對(duì)象不一致，加上模型本身的誤差最終會(huì)影響診斷的命中率，這就使第一類方法在復(fù)雜工業(yè)生產(chǎn)故障診斷中的應(yīng)用受到很大的限制。第二類方法的主要問(wèn)題是知識(shí)表達(dá)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(cè)或簡(jiǎn)單場(chǎng)合的故障診斷，如統(tǒng)計(jì)方法，過(guò)程控制圖法，模式識(shí)別方法等。而專家系統(tǒng)方法具有豐富的知識(shí)表達(dá)能力和問(wèn)題求解能力，既可以充分發(fā)揮專家在診斷中根據(jù)各種感覺(jué)與各種知識(shí)得到的事實(shí)與專家經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行快速準(zhǔn)確推理，又能很方便地推廣應(yīng)用各種不同的診斷對(duì)象。

3 提升機(jī)原管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖中:（1）1#PLC——裝卸載運(yùn)行參數(shù)的采集，整理；（2）2#PLC——液壓控制系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的采集、整理；（3）SIMADYN D——驅(qū)動(dòng)控制回路參數(shù)的采集，整理；（4）主PLC——整個(gè)系統(tǒng)的控制，安全回路的參數(shù)的采集，整理；（5）上位機(jī)依據(jù)PLC傳輸來(lái)的信息，完成提升機(jī)的運(yùn)行顯示及故障診斷；

4 改造后的系統(tǒng)

改造提升機(jī)管理系統(tǒng)，過(guò)程分兩個(gè)方面，如下：

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

——Desktoppcwith19 InchLCD Display

——Pentium 4，2.4GCPU，80G硬盤

——RS232/TTYinterfacecoverter

(2)軟件部分：應(yīng)用軟件采用Visual Basic 6.0，系統(tǒng)軟件采用windows xp。

(3)提升機(jī)控制系統(tǒng)為SIEMENS S5 PLC，編程用step5語(yǔ)言，這一部 分基本不改變。

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

根據(jù)提升機(jī)最近幾年出現(xiàn)的故障，把信息重新與實(shí)際故障對(duì)應(yīng)，并參考有關(guān)專家的建議。

改造后的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(jī)依據(jù)PLC傳輸來(lái)的信息，完成提升機(jī)的運(yùn)行顯示故障診斷，并且可以把信息傳遞給公司局域網(wǎng)。

（3）2#上位機(jī)放在調(diào)度室，用于調(diào)度人員的生產(chǎn)指揮。

5 創(chuàng)新及改造后的作用

本改造將運(yùn)行故障監(jiān)控技術(shù)，診斷技術(shù)和維修技術(shù)融為一體，采用“傳感器+PLC+上位機(jī)+局域網(wǎng)”的模式的故障診斷系統(tǒng)的硬件環(huán)境，同時(shí)，基于專家的理論和方法，開(kāi)發(fā)了故障診斷系統(tǒng)軟件。通過(guò)現(xiàn)代最新計(jì)算機(jī)及通信技術(shù)，擴(kuò)寬了專家系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，同時(shí)也為故障診斷技術(shù)的發(fā)展增添新的內(nèi)容。

在國(guó)內(nèi)從事設(shè)備診斷的專家較少，往往會(huì)因不能及時(shí)到位診斷而造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。而采用基于網(wǎng)絡(luò)傳遞的故障診斷系統(tǒng)這種經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便的方法，只需將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)及時(shí)傳送給專家，就可以像在現(xiàn)場(chǎng)一樣準(zhǔn)確、及時(shí)地做出判斷，采取有效措施解決問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)“移動(dòng)的是數(shù)據(jù)而不是人”，從而改變了一旦設(shè)備發(fā)生故障，維護(hù)人員就疲于奔命的被動(dòng)局面。

結(jié)語(yǔ)

目前，國(guó)內(nèi)煤炭市場(chǎng)緊張局面趨于緩和，但很多大型現(xiàn)代化礦井正在開(kāi)發(fā)，因此，引進(jìn)提升機(jī)是提高生產(chǎn)能力的必然選擇，但提升機(jī)的管理系統(tǒng)至關(guān)重要，從長(zhǎng)期使用考慮，其經(jīng)濟(jì)效益和技術(shù)性能有明顯的優(yōu)越性。因此，認(rèn)真研究和學(xué)習(xí)其控制方法，一定能更好地推動(dòng)設(shè)備管理系統(tǒng)在我國(guó)的發(fā)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(lǐng).機(jī)械設(shè)備振動(dòng)監(jiān)測(cè)與故障診斷的發(fā)展與展望[J].儀器儀表與分析監(jiān)測(cè)，1999（01）.

[3]李迎春，朱詩(shī)兵.Visual Basic 6.0網(wǎng)絡(luò)編程[M].北京:北京希望電子出版社，2001（10）.