劉洋

摘要：采用先進的千兆以太環(huán)網(wǎng)通訊技術，以西門子可編程序控制器PLC和上位機組態(tài)軟件為開發(fā)平臺，對現(xiàn)場檢測元件檢測的空壓機各檢測參數(shù)進行采集、分析和實時反饋，實現(xiàn)空壓機的遠程監(jiān)控和實時預警；并綜合運用SQL Server數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和CLIPS專家系統(tǒng)工具建立相應的故障診斷規(guī)則，完成礦用空壓機遠程監(jiān)控預警及故障診斷專家系統(tǒng)的設計，提高空壓機運行的安全系數(shù)和對故障的分析能力。

關鍵詞：以太環(huán)網(wǎng) 可編程序控制器 組態(tài) 數(shù)據(jù)庫 故障診斷 專家系統(tǒng)

1 概述

隨著煤礦現(xiàn)代化的發(fā)展，礦山對設備自動化程度的要求越來越高，實現(xiàn)煤礦控制系統(tǒng)的數(shù)字化、信息化、智能化和集成化，建設本質安全型和數(shù)字化礦山已成為煤礦生產(chǎn)建設的核心?？諌簷C作為煤礦生產(chǎn)的重要設備，其能否安全、穩(wěn)定的運行對整個煤礦的安全、效益起著舉足輕重的作用，因此實現(xiàn)對空壓機的實時遠程監(jiān)測、控制、故障診斷和及時維護，保證風壓的穩(wěn)定，對提高生產(chǎn)效率和降低經(jīng)濟成本具有十分重要的意義。

采用上位機組態(tài)王6.53軟件與現(xiàn)場的可編程序控制器相結合，運用SQL Server數(shù)據(jù)庫和CLIPS專家系統(tǒng)工具，以計算機為工控核心，采用三層集散式結構框架，結合工程實際情況開發(fā)設計了一套集遠程監(jiān)測、控制、故障診斷于一身的綜合性空壓機控制診斷系統(tǒng)，使得系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和自動化程度都大幅度提高，進而在一定程度上確?？諌簷C運行的安全性、穩(wěn)定性，以及及時診斷和維護空壓機[1]。

2 系統(tǒng)總體結構

通常情況下，對于空壓機遠程監(jiān)控預警，以及相應的故障診斷專家系統(tǒng)，在總體結構方面，其現(xiàn)場控制的核心主要是可編程序控制器PLC，該部件的功能是處理傳感器采集的空壓機各項參數(shù)，通過千兆以太環(huán)網(wǎng)，將各數(shù)據(jù)與視頻信號，通過采用西門子以太網(wǎng)模塊的形式同時傳輸給上位的監(jiān)控機，對于空壓機的各項參數(shù)，在現(xiàn)場同時采用人機界面觸摸屏進行實時的顯示?？諌簷C各項參數(shù)和現(xiàn)場視頻通過上位監(jiān)控機借助組態(tài)軟件構件動態(tài)畫面，進而在一定程度上進行實時的監(jiān)控，同時在數(shù)據(jù)庫中儲存各項數(shù)據(jù)。對于空壓機的故障，通常情況下，工程師采用CLIPS軟件構件相應的專家系統(tǒng)，通過對故障診斷規(guī)則進行綜合運用，進而在一定程度上進行一系列的推理分析，進一步快速定位空壓機的各項故障，在一定程度上為空壓機的安全運行，以及及時的維護奠定基礎和提供保障。

3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與處理

對于采集和處理現(xiàn)場數(shù)據(jù)的系統(tǒng)結構來說，數(shù)據(jù)采集與處理的核心選擇西門子可編程序控制器224XP型號PLC，檢測空壓機的一、二級排氣溫度、冷卻水溫度、潤滑油溫度以及電機溫度通常情況下通過采用PT100系列的wzpj-236一體化溫度變送器來實現(xiàn)；同時采用JK系列壓力變送器檢測空壓機的一、二級排氣壓力、冷卻水壓力、潤滑油壓力、儲氣罐壓力；設備維修及預防設備故障通常情況下以空壓機電動機的軸振動檢測為前提，因此，檢測空壓機電動機軸振動，本系統(tǒng)通常情況下采用GW-SZD型軸振動監(jiān)測儀來實現(xiàn)。采用EM231擴展模塊采集各模擬量，將4-20mA的電流信號作為檢測信號。通過EDA9033A電參數(shù)采集模塊和互感器采集空壓機各項電參數(shù)，通過RS485總線與CPU的RS485串口實現(xiàn)多個電參數(shù)采集模塊之間的連接。采集與處理數(shù)據(jù)通常情況下，是CPU通過控制程序的編寫來實現(xiàn)，并且在一定程度上，通過以太網(wǎng)模塊與視頻信號將空壓機的各項參數(shù)同時傳輸給上位監(jiān)控機。

4 遠程實時監(jiān)控及預警

對于空壓機監(jiān)控系統(tǒng)動態(tài)畫面的創(chuàng)建，對于上位監(jiān)控機來說，通常情況下采用組態(tài)王6.53軟件來實現(xiàn)，根據(jù)上位機系統(tǒng)的主畫面顯示，在上位監(jiān)控機上，操作人員可以遠程啟?？刂瓶諌簷C，同時完成手動、自動之間的切換；通過采用直觀數(shù)據(jù)和趨勢曲線方式監(jiān)控各檢測數(shù)據(jù)：通過參數(shù)顯示畫面，操作員直接實時監(jiān)控空壓機各項參數(shù)，對于空壓機的歷史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)等，通常情況下通過趨勢曲線畫面查看區(qū)間段劃分形式，作為數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)SQL Server 2005能夠實時存儲空壓機監(jiān)測的各項參數(shù)和報警信息；對于空壓機機房，借助空壓機遠程監(jiān)控系統(tǒng)進行實時的視頻監(jiān)控。

5 故障診斷專家系統(tǒng)

以CLIPS專家系統(tǒng)工具為平臺，開發(fā)空壓機故障診斷專家系統(tǒng)，通常情況下，事實庫、規(guī)則庫、推理機三部分共同組成CLIPS的核心，基本的知識表示方式選擇產(chǎn)生式規(guī)則[2]。在故障診斷系統(tǒng)中，全部引入SQL Server數(shù)據(jù)庫中空壓機的所有檢測參數(shù)，進而在一定程度上實現(xiàn)多參數(shù)綜合診斷，為了提高故障診斷的精確度，通常情況下將儀表傳感器的監(jiān)測與故障診斷進行結合。

在空壓機故障診斷專家系統(tǒng)中，知識庫和推理機作為系統(tǒng)的核心所在，通常情況下將數(shù)據(jù)采集、信號分析、專家診斷、故障預測等多個子系統(tǒng)融合為一身[3]，通常情況下，其組成主要包括：知識庫、數(shù)據(jù)庫、人機接口、推理機、知識獲取機制和解釋機制等。

在整個故障診斷專家系統(tǒng)中，知識庫作為核心，通常情況下，知識庫連接著系統(tǒng)的各項操作，通過經(jīng)驗知識輸入界面，將故障診斷、維修方面的專家經(jīng)驗輸入到相應的知識庫管理模塊中，然后通過知識庫轉換程序，進而在一定程度上將其存儲到知識庫中。通常情況下經(jīng)驗知識庫中都存儲著空壓機的故障案例、故障診斷、維修專家等，進而在一定程度上便于在處理實際問題的過程中，直接調用知識庫，例如：利用專家系統(tǒng)對空壓機的電動機軸振動幅度較大的故障進行診斷時，經(jīng)專家系統(tǒng)分析故障原因是轉子出現(xiàn)平衡不良，通過在知識庫中調用相應的故障處理方案，對故障進行處理。對于故障診斷專家系統(tǒng)來說，通常情況下構建知識庫是一個循序漸進的過程。系統(tǒng)在運行過程中，需要進行不斷的修改和完善，進而不斷優(yōu)化專家系統(tǒng)，進而在一定程度上確保診斷結果的縝密性和精確性[4]。

6 結語

對于空壓機的遠程實時監(jiān)控、超限報警以及故障診斷等，通過礦用空壓機遠程監(jiān)控預警及故障診斷專家系統(tǒng)進行多系統(tǒng)的集成，借助以太環(huán)網(wǎng)，在一定程度上對空壓機的遠程控制和各運行參數(shù)進行實時的遠程顯示和超限預警；構建空壓機故障診斷專家系統(tǒng)，充分利用專家系統(tǒng)開發(fā)工具，以及龐大的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，進而在一定程度上對空壓機出現(xiàn)的故障進行分析，進而對空壓機的故障類型和故障走向進行準確的判斷，并且在一定程度上給出經(jīng)驗處理和維修方案，避免維修的盲目性，同時降低了維修成本，為空壓機的安全運行和煤礦的安全生產(chǎn)提供了保證。

參考文獻：

[1]于芹，翁正新，蘇成.基于現(xiàn)場總線與 PLC的空壓機遠程監(jiān)控系統(tǒng)[J].控制系統(tǒng)，2008，24（3）：1-3.

[2]潘全文，艾弘飛，房振旭.專家系統(tǒng)的基本原理和基于CLIPS的專家系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].飛機設計，2004，12（4）：78-80.

[3]劉璇斐，何國庚，李嘉，徐智求，余勇，涂婭莉.空分系統(tǒng)中空壓機系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)的研究[J].空壓機技術，2006（6）：17-20.

[4]蘇中元，賈民平，胡建中，許飛云.基于Web的工程機械故障診斷專家系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].工業(yè)儀表與自動化裝置，2006（2）：18-21.