郝鈺

摘 要：為了滿足大型水泥廠生產(chǎn)線中故障診斷的實時性和準確性要求，結合對大型水泥廠生產(chǎn)線故障類型的特點，提出一種基于貝葉斯模型的大型水泥廠生產(chǎn)線的故障自動診斷系統(tǒng)設計方法。該系統(tǒng)充分利用了貝葉斯易于調(diào)整的特點和較強的學習推理能力，并結合專業(yè)人員的經(jīng)驗知識，因而能夠對大型水泥廠生產(chǎn)線中的故障進行實時和準確的診斷。

關鍵詞：大型水泥廠；生產(chǎn)線；故障診斷

1 概述

隨著我國基礎建設的不斷推進，對水泥的產(chǎn)量和質量的要求也越來越高。因此，水泥廠的生產(chǎn)水平越來越高，水泥廠的規(guī)模也越來越大。隨著制造業(yè)水平的不斷提高，大型水泥生產(chǎn)線開始向智能化、模塊化發(fā)展[1]，與此同時，大型水泥廠生產(chǎn)線的故障也越來越復雜，若水泥廠生產(chǎn)線出現(xiàn)故障，輕則造成水泥質量降低，重則引起嚴重的安全事故。在大型水泥廠生產(chǎn)線中，對故障進行實時準確的診斷，對于維護水泥生產(chǎn)線的安全運行、提高水泥生產(chǎn)效率、提高水泥生產(chǎn)質量、延長水泥生產(chǎn)線的壽命具有重要的意義[2]。因此，大型水泥廠生產(chǎn)線的故障診斷系統(tǒng)的設計方法，已經(jīng)成為當前水泥行業(yè)的一個熱點研究課題，受到了越來越多人們的關注[3]。

近些年，針對大型水泥廠生產(chǎn)線的故障診斷系統(tǒng)設計的問題，國內(nèi)外的很多學者都提出了一些設計方法，并得到了廣泛的應用。當前階段，主要的大型水泥廠生產(chǎn)線故障診斷系統(tǒng)的設計方法主要有基于小波變換算法的故障診斷系統(tǒng)設計方法、基于神經(jīng)網(wǎng)絡的故障診斷系統(tǒng)設計方法和基于模擬淬火算法的故障診斷系統(tǒng)設計方法，其中最常用的是基于小波變換算法的故障診斷系統(tǒng)設計方法。由于大型水泥廠生產(chǎn)線的故障診斷系統(tǒng)的設計方法在提高水泥生產(chǎn)質量和效率方法具有不可替代的作用，因此，該課題擁有廣闊的發(fā)展前景，并成為很多學者研究的重點課題。

但是傳統(tǒng)的設計方法沒有充分考慮大型水泥廠生產(chǎn)線故障發(fā)生的復雜性，從而降低了故障診斷的準確性。為此，提出一種基于貝葉斯模型的大型水泥廠生產(chǎn)線的故障自動診斷系統(tǒng)的設計方法。

2 水泥廠生產(chǎn)線故障類型分析

在大型水泥廠生產(chǎn)線中發(fā)生的故障，按照時間的長短可分為臨時性故障和持續(xù)性故障。臨時性故障的特點是，在較短的時間內(nèi)突然出現(xiàn)，很難發(fā)現(xiàn)故障的規(guī)律性，臨時性的故障容易引起局部功能失調(diào)，如電機突然溫度過高、轉速過快、或者變頻器發(fā)生偷停等，可能重新復位就能消除故障現(xiàn)象；持久性故障的特點是，故障持續(xù)的時間較長，如電機異響、接觸器粘連等，只有徹底解決故障才能消除故障現(xiàn)象；根據(jù)引起故障發(fā)生的原因可分為人為故障和非人為故障。人為故障發(fā)生的原因主要是由于人的不規(guī)范操作，或者保養(yǎng)不到位引起的，如磨機長時間過負載運行引起的軸瓦燒壞故障，立窯長時間不維護引起的耐火磚燒壞故障等；非人為故障發(fā)生的原因主要是設備元器件老化、超過設計壽命引起的，如磨損、金屬疲勞、高溫等都可以引起非人為故障。這些故障形成的時間較為緩慢，由量變到質變往往需要持續(xù)很長的過程。

大型水泥廠生產(chǎn)線中出現(xiàn)的故障原因比較復雜，往往是幾種因素共同作用下的結果。為了保障大型水泥廠生產(chǎn)線的安全運行，需要對故障進行及時準確的診斷。通過故障自動診斷系統(tǒng)的合理設計，能夠幫助我們及時發(fā)現(xiàn)故障發(fā)生的根源，消除水泥廠生產(chǎn)線中的潛在故障。

3 水泥廠生產(chǎn)線故障自動診斷系統(tǒng)的設計方法

3.1 建立水泥廠生產(chǎn)線故障自動診斷模型

大型水泥廠生產(chǎn)線的故障自動診斷系統(tǒng)主要實現(xiàn)的功能是：故障數(shù)據(jù)的采集、故障檢測和故障專家診斷。利用貝葉斯算法能夠對大型水泥廠生產(chǎn)線的故障自動診斷系統(tǒng)進行設計，具體的設計方法如下所述：

設置采集到的故障數(shù)據(jù)為變量集合U={x1，...，xn}，該對應的貝葉斯網(wǎng)絡能夠描述為一個二元組B={G，？專}，其中，G={V，E}是一個有向無環(huán)圖（即DAG），V是故障出現(xiàn)的節(jié)點，其與故障數(shù)據(jù)集合U是影射關系，E為有向五環(huán)圖中連接各個檢測節(jié)點的邊。？專={？專i，i=1，...，n}用來描述故障發(fā)生的條件概率分布，其與G中上一級節(jié)點xi的條件概率呈對應關系。因此，大型水泥廠生產(chǎn)線故障診斷模型能夠用結構為G的貝葉

對大型水泥廠生產(chǎn)線的故障進行自動診斷，其實質就是通過一定的故障征兆，對故障發(fā)生的原因進行推理。基于貝葉斯的故障自動診斷系統(tǒng)通常采用連接樹法（JT）進行故障的自動診斷。首先，將建立的貝葉斯模型G轉換為連接樹T=（C，S）（C為故障數(shù)據(jù)簇的集合，S為分隔集）。然后在T上進行故障數(shù)據(jù)的分析和處理。故障概率的計算主要分為故障發(fā)生的條件概率計算和故障邊緣化的計算。對于前者，即在故障發(fā)生的節(jié)點中檢測故障發(fā)生的概率，其計算公

在T中求解出故障發(fā)生的征兆和故障發(fā)生的原因的數(shù)據(jù)簇或者分割。因此，基于貝葉斯的大型水泥廠生產(chǎn)線故障自動診斷系統(tǒng)設計的基本原理是，通過采集故障數(shù)據(jù)，以故障發(fā)生的檢測節(jié)點為起始節(jié)點，利用故障知識庫或者故障數(shù)據(jù)診斷庫，利用上述公式計算故障概率最大時的節(jié)點，通過已知的故障發(fā)生的因果關系和故障概率分布情況，推斷出不同的故障原因發(fā)生的概率，從而實現(xiàn)了故障的診斷，得到故障發(fā)生原因的結論。

3.2 大型水泥廠生產(chǎn)線故障診斷系統(tǒng)的設計方法

在大型水泥廠生產(chǎn)線故障自動診斷的過程中，專業(yè)人員的經(jīng)驗知識特別重要。將專業(yè)人員的知識經(jīng)驗與實時檢測到的水泥生產(chǎn)線的實時數(shù)據(jù)相結合，能夠為故障的診斷提供更可靠的依據(jù)。文章設計的大型水泥廠生產(chǎn)線的故障自動診斷系統(tǒng)主要包括5個功能模塊，分別為故障數(shù)據(jù)的采集模塊、故障學習和推理模塊、故障知識模塊、故障診斷結果輸出模塊和人機交互模塊。

（1）故障數(shù)據(jù)的采集模塊：利用水泥生產(chǎn)線中部署的各種傳感器檢測故障發(fā)生時的運行數(shù)據(jù)，如電流、電壓的波形，震動的頻率等，采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理模塊的處理后形成故障特征信號，這些故障特征信號被儲存在數(shù)據(jù)庫中，供故障自動診斷系統(tǒng)進行識別和處理。

（2）故障學習和推理模塊：該模塊是故障自動診斷系統(tǒng)的核心。其中故障診斷模塊能夠利用知識庫中已建立的貝葉斯模型，不斷調(diào)整進行故障推理的參數(shù)，從而滿足故障診斷實時性和不確定性的要求。

（3）故障知識模塊：該模塊中的知識包括兩類，其一是規(guī)則，如重新構建貝葉斯故障檢測模型的函數(shù)和經(jīng)驗知識等，其二是推理知識，這些知識主要來源于專業(yè)人員的經(jīng)驗知識和調(diào)整后的貝葉斯檢測模型等。

（4） 故障診斷結果輸出模塊：其主要功能是，輸出故障診斷結果，并在人機交互界面中展示。

（5）人機交互模塊：該模塊的主要功能是展現(xiàn)故障診斷結果；操作人員對故障診斷系統(tǒng)進行相關參數(shù)的查詢、調(diào)整和維護。

基于貝葉斯的大型水泥廠生產(chǎn)線的故障自動診斷系統(tǒng)，能夠充分發(fā)揮貝葉斯網(wǎng)絡的構造能力， 并對模型的結構進行實時調(diào)整，若在某一時刻，已經(jīng)構建好的貝葉斯診斷模型難以對采集到的故障數(shù)據(jù)進行診斷時，則可以及時啟動故障學習和推理模塊，通過模型的訓練和學習獲得更準確的故障診斷模型，這就提高了系統(tǒng)的自適應性和泛化能力。

4 結束語

大型水泥廠生產(chǎn)線的故障診斷系統(tǒng)的設計方法，是水泥行業(yè)的一個重點研究課題。文章針對傳統(tǒng)設計方法在大型水泥廠生產(chǎn)線的故障診斷系統(tǒng)設計方面的不足，提出了一種基于貝葉斯的故障自動診斷系統(tǒng)設計方法。只有通過科學合理的故障診斷設計方法，才能設計出高效的故障診斷系統(tǒng)，從而為大型水泥廠生產(chǎn)線的安全運行提供保障。

參考文獻

[1]李曉，李慧慧.水泥生產(chǎn)線關鍵部件在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)研究[J].電工文摘，2014（1）：62-67.

[2]魏立，毛麗娟.水泥工廠遠程專家診斷與維護系統(tǒng)[J].中國水泥，2013（6）：101-103.

[3]孫吉云.水泥生產(chǎn)線電氣控制類故障的分析與處理方法[J].中國科技縱橫，2014（4）：72-73.