馬憲勇

摘 要：為科學(xué)有效地解決傳統(tǒng)堆料機(jī)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的故障，提高堆料系統(tǒng)自動(dòng)化的可靠性，實(shí)現(xiàn)智能診斷技術(shù)在堆料機(jī)故障診斷中的應(yīng)用，在堆料機(jī)的控制系統(tǒng)中基于專(zhuān)家系統(tǒng)的技術(shù)來(lái)構(gòu)建了堆料機(jī)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(chǎng)進(jìn)行實(shí)例分析。

關(guān)鍵詞：堆料機(jī)；控制系統(tǒng)；專(zhuān)家系統(tǒng)；PLC系統(tǒng)

引言

堆料機(jī)是將散狀物料如煤炭、礦石、化工原料在勻化過(guò)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(jī)械設(shè)備。堆料機(jī)主要由堆料機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)及俯仰裝置、行走機(jī)構(gòu)、門(mén)柱及支架、司機(jī)室、進(jìn)料帶式輸送機(jī)聯(lián)接裝置等部分組成。堆料機(jī)按堆料方式來(lái)分類(lèi)的話，主要有懸臂帶式和橋式帶式兩種類(lèi)型。堆料機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)有自動(dòng)模式和手動(dòng)模式兩種運(yùn)行模式。在自動(dòng)模式下，系統(tǒng)自動(dòng)按工作人員已經(jīng)設(shè)定的順序分階段的來(lái)啟動(dòng)堆料機(jī)的各子系統(tǒng)，在啟動(dòng)完成后，堆料機(jī)系統(tǒng)開(kāi)始進(jìn)行工作，系統(tǒng)停機(jī)時(shí)按照與啟動(dòng)順序相反的過(guò)程對(duì)各子系統(tǒng)進(jìn)行停止。由于中國(guó)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、文化以及工業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展，堆料機(jī)系統(tǒng)越來(lái)越廣泛的應(yīng)用在大型火力發(fā)電廠的煤炭運(yùn)輸系統(tǒng)、大型糧食儲(chǔ)備基地及糧食的轉(zhuǎn)運(yùn)碼頭的運(yùn)輸系統(tǒng)、大型的散狀物料（水泥、沙子等）儲(chǔ)藏和運(yùn)輸系統(tǒng)以及大中型的煤炭等礦石碼頭等地，其對(duì)中國(guó)經(jīng)濟(jì)尤其是工業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展產(chǎn)生越來(lái)越大的促進(jìn)作用。

然而，由于堆料機(jī)的重要性，其在出現(xiàn)各種故障問(wèn)題時(shí)，如果僅僅憑借操作人員的經(jīng)驗(yàn)判斷故障的原因有時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的偏誤，很難對(duì)操作的可靠性和準(zhǔn)確性進(jìn)行保障，另外，即使操作人員針對(duì)故障的判斷是正確的，準(zhǔn)確的解決了堆料機(jī)系統(tǒng)的故障，這也僅僅是操作人員針對(duì)某個(gè)特殊的故障進(jìn)行判斷，這類(lèi)經(jīng)驗(yàn)僅僅適合堆料機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)類(lèi)似的問(wèn)題時(shí)，才可以借助操作人員的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)的判斷。為此，為了可以及時(shí)有效的解決堆料機(jī)系統(tǒng)工作過(guò)程中的相關(guān)故障問(wèn)題，進(jìn)一步的提高自動(dòng)化水平，文章在堆料機(jī)無(wú)人值守控制系統(tǒng)中應(yīng)用專(zhuān)家系統(tǒng)技術(shù)，設(shè)計(jì)了一個(gè)故障信息的診斷系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以在故障發(fā)生時(shí)推斷出故障出現(xiàn)的可能的原因，并根據(jù)自己的判斷來(lái)提出一定的解決方案。

1 診斷系統(tǒng)簡(jiǎn)介

本診斷系統(tǒng)的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)是以接卸煤炭為生產(chǎn)的港口，設(shè)備是懸臂帶式堆料機(jī)，目前是由司機(jī)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(jī)的電氣控制系統(tǒng)是由PLC系統(tǒng)進(jìn)行控制的，故障檢測(cè)是由相關(guān)電子元件的觸發(fā)、檢測(cè)等信號(hào)通過(guò)PLC系統(tǒng)進(jìn)行連鎖保護(hù)。堆料機(jī)主要由堆料機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)及俯仰裝置、行走臺(tái)車(chē)、門(mén)柱及支架、司機(jī)室、進(jìn)料帶式輸送機(jī)聯(lián)接裝置等部分組成。當(dāng)煤炭運(yùn)輸進(jìn)來(lái)以后，翻車(chē)機(jī)把煤炭放在皮帶輸送機(jī)上，皮帶輸送機(jī)將煤炭源源不斷的送入堆料場(chǎng)，其中堆料機(jī)將煤炭從皮帶運(yùn)輸機(jī)上取下。其中取料機(jī)的作用與堆料機(jī)相反，取料機(jī)是將料堆中的煤炭卻出放入皮帶機(jī)上，再有皮帶輸送機(jī)運(yùn)輸?shù)酱a頭的運(yùn)輸船只上。

為了本公司將來(lái)可以實(shí)現(xiàn)智能的故障診斷技術(shù)，文章以無(wú)人值守控制系統(tǒng)為方向，設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)由中央監(jiān)控室（central monitoring room，CMR）和無(wú)人值守監(jiān)控室（unattended monitoring room，UMR）兩大部分組成。CMR主要是用來(lái)監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)所有的設(shè)備運(yùn)行情況，包括噴水除塵、懸臂皮帶機(jī)等各個(gè)機(jī)構(gòu)；UMR主要是對(duì)堆料機(jī)的手動(dòng)、半自動(dòng)、全自動(dòng)操作。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)控制網(wǎng)（Control Net）進(jìn)行集成和傳輸控制信號(hào)。同時(shí)，為了確保該系統(tǒng)的連續(xù)穩(wěn)健的工作運(yùn)行，本系統(tǒng)采用控制器硬冗余的方式構(gòu)建控制系統(tǒng)。

2 故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

因?yàn)槎蚜蠙C(jī)的工作結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各類(lèi)保護(hù)信號(hào)種類(lèi)繁多，常常會(huì)由于一些很小的問(wèn)題故障致使堆料機(jī)系統(tǒng)無(wú)法正常的工作。目前的故障處理方式是堆料機(jī)出現(xiàn)故障后，主要由操作司機(jī)人為進(jìn)行檢查、核實(shí)，并對(duì)所有可能的故障一一進(jìn)行排除，最終在確認(rèn)具體故障后進(jìn)行處理和復(fù)位，故障體現(xiàn)不明顯，缺點(diǎn)在于不僅費(fèi)時(shí)而且費(fèi)力。文章構(gòu)建的故障診斷系統(tǒng)主要基于專(zhuān)家系統(tǒng)的技術(shù)手段來(lái)進(jìn)行構(gòu)建的。當(dāng)堆料機(jī)系統(tǒng)發(fā)生故障或停止工作時(shí)，PLC工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的故障信號(hào)通過(guò)Control net傳遞到故障監(jiān)控機(jī)，然后最終的故障信號(hào)由故障監(jiān)控機(jī)將收集到的故障信號(hào)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(jī)的相關(guān)工作流程和參數(shù)對(duì)故障進(jìn)行系統(tǒng)分析，對(duì)當(dāng)前故障發(fā)生的原因進(jìn)行推斷，并給出相關(guān)的故障解決方案。

2.1 專(zhuān)家?guī)煜到y(tǒng)的構(gòu)建

堆料機(jī)的故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)（Fault Diagnosis Expert System，F(xiàn)DES）主要是由知識(shí)庫(kù)（Knowledge base，KB）、數(shù)據(jù)庫(kù)（database，DB）、推理機(jī)、解釋器、知識(shí)獲取、人機(jī)交互等部分組成，其中知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)為FDES的核心結(jié)構(gòu)。知識(shí)庫(kù)存儲(chǔ)故障診斷的一般知識(shí)和領(lǐng)域知識(shí)，它包含大量用來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題的知識(shí)規(guī)則。

知識(shí)獲取模塊（Knowledge acquisition system，KAS）是FDES與相關(guān)專(zhuān)家交互的接口，通過(guò)KAS與相關(guān)專(zhuān)家進(jìn)行交互，增加KB系統(tǒng)的新信息和新的知識(shí)，同時(shí)不斷的完善、修正和充實(shí)KB中原有的信息和知識(shí)，從而提高故障診斷系統(tǒng)的性能。DB系統(tǒng)是用來(lái)儲(chǔ)存目標(biāo)問(wèn)題的基本原始數(shù)據(jù)以及在推理的過(guò)程中所獲得的各類(lèi)中間信息。DB系統(tǒng)利用Microsoft SQL Server2008來(lái)收集和完善實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、故障數(shù)據(jù)等三個(gè)子數(shù)據(jù)庫(kù)。

2.2 故障信息的通信設(shè)計(jì)

文章的FDES系統(tǒng)利用RSView32軟件來(lái)對(duì)上位機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，信息并通過(guò)Control Net網(wǎng)絡(luò)用服務(wù)器或客戶端的基本形式基于OPC技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)系統(tǒng)的訪問(wèn)和讀取，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)PLC工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)故障信號(hào)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(jìn)而利用故障診斷系統(tǒng)的故障信號(hào)的分析處理并提出解決方案，文章利用RSView32的VB模塊來(lái)編寫(xiě)OPC客戶端應(yīng)用程序，主要包括了連接OPC服務(wù)器、添加OPC組對(duì)象、添加數(shù)據(jù)項(xiàng)、讀寫(xiě)同步數(shù)據(jù)、斷開(kāi)OPC服務(wù)器等基本模塊。

微軟公司的ADO （ActiveX Data Objects） 是一個(gè)用于存取數(shù)據(jù)源的COM組件。它提供了編程語(yǔ)言和統(tǒng)一數(shù)據(jù)訪問(wèn)方式OLE DB的一個(gè)中間層，允許開(kāi)發(fā)人員編寫(xiě)訪問(wèn)數(shù)據(jù)的代碼而不用關(guān)心數(shù)據(jù)庫(kù)是如何實(shí)現(xiàn)的，而只用關(guān)心數(shù)據(jù)庫(kù)的具體連接方式。ADO中最主要對(duì)象是Connection， Command， Record set等3個(gè)對(duì)象。

3 結(jié)束語(yǔ)

堆料機(jī)是港口生產(chǎn)的重要機(jī)械設(shè)備，傳統(tǒng)的堆料機(jī)在生產(chǎn)過(guò)程中，極容易產(chǎn)生各類(lèi)故障，不利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)具體的故障部位，也不利于堆料機(jī)對(duì)實(shí)時(shí)工況的監(jiān)測(cè)。利用基于專(zhuān)家系統(tǒng)構(gòu)建的故障診斷系統(tǒng)對(duì)堆料機(jī)進(jìn)行改造，能有效減少現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的投入和工作強(qiáng)度，并能夠及時(shí)對(duì)堆料機(jī)各部件工作狀態(tài)和設(shè)備工作能力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，能有效的提高生產(chǎn)效率和故障處理效率，具有極高的實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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