煤礦機(jī)電設(shè)備故障診斷技術(shù)及專家系統(tǒng)在煤礦機(jī)電中的應(yīng)用論文
摘要：為了達(dá)到能夠使得煤礦機(jī)電設(shè)備處于一種良好的正常工作狀態(tài)，我們必須要將煤礦機(jī)械設(shè)備和信息技術(shù)管理方面協(xié)調(diào)統(tǒng)一起來(lái)，對(duì)煤礦機(jī)電設(shè)備進(jìn)行診斷和維修，這樣處理對(duì)于煤礦機(jī)械的維修管理是相當(dāng)有必要的。建立礦井調(diào)度室遠(yuǎn)程故障診斷及維護(hù)系統(tǒng)是解決問題的很好的方法。本文主要介紹了煤礦機(jī)電設(shè)備故障診斷技術(shù)及專家系統(tǒng)的原理及特點(diǎn)，構(gòu)建了煤礦機(jī)電設(shè)備診斷專家系統(tǒng)，并對(duì)應(yīng)用結(jié)果進(jìn)行了分析。
關(guān)鍵詞：煤礦機(jī)電；故障診斷技術(shù)及專家系統(tǒng)；診斷；維修
1、前言
隨著礦山開采技術(shù)的不斷發(fā)展和煤礦企業(yè)的科學(xué)技術(shù)水平、安全管理水平的不斷提高，綜采機(jī)電的模式也發(fā)生了改變，從簡(jiǎn)單單一型向綜合復(fù)合型轉(zhuǎn)變，這樣對(duì)煤礦的職工的素質(zhì)和綜采機(jī)電的診斷技術(shù)又提出了更高的要求。綜采機(jī)電在開發(fā)礦業(yè)資源、促進(jìn)礦業(yè)發(fā)展、實(shí)現(xiàn)礦山生產(chǎn)現(xiàn)代化的進(jìn)程中起著十分重要的作用，其中在礦山巖石鉆進(jìn)、鏟裝、運(yùn)輸、破碎及選礦等設(shè)備中，液壓技術(shù)已得到廣泛的應(yīng)用。但是，正是由于煤礦企業(yè)的工作環(huán)境的限制，煤礦大部分都是在井下工作，煤礦的機(jī)械在井下工作時(shí)，同樣也會(huì)受到井下環(huán)境和作業(yè)空間等因素的影響，使得煤礦機(jī)械設(shè)備易于發(fā)生故障，甚至事故，使得機(jī)械設(shè)備的故障率更高；另一個(gè)方面，因?yàn)槊旱V企業(yè)的生產(chǎn)特性等一些自身固有因素的影響，直接決定了使得這些工作在井下的機(jī)械的工作空間過(guò)小，使得粉塵比較大，而且濕度也加強(qiáng)，更甚至是壓力太大的這樣的環(huán)境下，也給機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)故障的排除增加了更大的困難。尤其新世紀(jì)以來(lái)，隨著采礦業(yè)規(guī)模日益增大，采礦機(jī)械設(shè)備也更趨于大型化，連續(xù)化，機(jī)電一體化，其性能與復(fù)雜程度不斷提高，對(duì)設(shè)備故障的診斷也更為復(fù)雜。因此，為了達(dá)到能夠使得綜采機(jī)電設(shè)備處于一種良好的正常工作狀態(tài)，我們必須要將煤礦機(jī)械設(shè)備和信息技術(shù)管理方面協(xié)調(diào)統(tǒng)一起來(lái)，對(duì)綜采機(jī)電設(shè)備進(jìn)行診斷和維修，這樣處理對(duì)于煤礦機(jī)械的維修管理是相當(dāng)有必要的。建立礦井調(diào)度室遠(yuǎn)程故障診斷及專家維護(hù)系統(tǒng)是解決問題的很好的方法。
2、故障診斷技術(shù)及專家系統(tǒng)
設(shè)備故障診斷技術(shù)包括故障檢測(cè)與故障診斷.通常合在一體統(tǒng)稱為故障檢測(cè)和診斷（FDD）。
2.1故障的定義和故障診斷的機(jī)理
設(shè)備工作正常是指在煤礦機(jī)械設(shè)備不出現(xiàn)任何問題，不影響煤礦正常安全生產(chǎn)時(shí)，并發(fā)揮了其應(yīng)有的作用、不會(huì)造成一些損失等；設(shè)備出現(xiàn)異常是煤礦機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行的過(guò)程中，由于機(jī)械設(shè)備的內(nèi)部某個(gè)部分出現(xiàn)了問題，直接影響到了煤礦機(jī)械設(shè)備的正常工作，使得機(jī)械設(shè)備的缺陷進(jìn)一步被放大，使得機(jī)械設(shè)備的性能不能發(fā)揮，情況惡化，但是機(jī)械設(shè)備仍然能夠進(jìn)行工作。故障則是指當(dāng)機(jī)電設(shè)備的某個(gè)部分的缺陷發(fā)展到使得機(jī)械設(shè)備不能正常工作，使得其設(shè)備的性能和功能基本喪失的程度。正是因?yàn)楸O(jiān)測(cè)與故障是在設(shè)備不停機(jī)的情況下進(jìn)行的，所以，最終這些故障都是通過(guò)以狀態(tài)信號(hào)為依據(jù)。監(jiān)測(cè)與診斷就是要快速、準(zhǔn)確地提取設(shè)備運(yùn)行時(shí)二次效應(yīng)所反映的特征。
故障診斷技術(shù)是以可靠性理論、信息論、控制論和系統(tǒng)論為理論基礎(chǔ)，以現(xiàn)代測(cè)試儀器和計(jì)算機(jī)為技術(shù)手段，結(jié)合各種診斷對(duì)象（系統(tǒng)、設(shè)備、機(jī)器、裝置、工程結(jié)構(gòu)以及工藝過(guò)程等）的特殊規(guī)律逐步形成的一門新技術(shù)，主要包括檢查和發(fā)現(xiàn)異常、診斷故障狀態(tài)和部位、分析故障類型、提出診斷決策方案及診斷結(jié)論四個(gè)基本環(huán)節(jié)。其基本原理是根據(jù)機(jī)械、電氣等設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的各種信息，判斷設(shè)備運(yùn)行是屬于正常還是異常，識(shí)別設(shè)備或機(jī)器是否發(fā)生故障，并對(duì)設(shè)備未來(lái)狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)，確定最合適的維修方案和檢修周期。作為一門交叉性學(xué)科領(lǐng)域，故障診斷技術(shù)在過(guò)去的幾十年里得到了飛速發(fā)展，一些新的理論與方法已經(jīng)得到了成功的應(yīng)用。而非線性系統(tǒng)的故障診斷是當(dāng)前故障診斷領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)與難點(diǎn)問題。在生產(chǎn)過(guò)程中，大型設(shè)備發(fā)生的故障是各種各樣的，而根據(jù)系統(tǒng)采用的特征描述和決策方法的差異，形成了不同的故障診斷方法，具體可分為基于解析模型的方法、基于信號(hào)處理的方法和基于知識(shí)的方法三大類。
2.2故障診斷過(guò)程
1）狀態(tài)監(jiān)測(cè)。主要是與設(shè)備運(yùn)行有關(guān)的狀態(tài)信號(hào)。
2）特征提取。就是從設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)信號(hào)中發(fā)現(xiàn)并提取一些與設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的故障及相關(guān)的特征信息。
3）故障診斷。故障診斷就是根據(jù)之前所獲取的信息，并且通過(guò)相關(guān)的補(bǔ)充測(cè)試等一些輔助性的信息來(lái)找到設(shè)備故障的位置。
4）決策。根據(jù)設(shè)備故障特征狀態(tài)，和趨勢(shì)，做出決策。設(shè)備診斷是經(jīng)過(guò)分析處理以獲得最能識(shí)別設(shè)備狀態(tài)的特征參數(shù)。機(jī)械設(shè)備運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生多種信息，當(dāng)其功能出現(xiàn)相應(yīng)的異常信息，機(jī)械劣化過(guò)程產(chǎn)生的油液成分變化的化學(xué)信號(hào)等。利用檢測(cè)儀器，做出正確的分析和診斷，可以及時(shí)預(yù)測(cè)機(jī)器設(shè)備可能發(fā)生的故障。
2.3設(shè)備故障診斷技術(shù)及專家系統(tǒng)概述
專家系統(tǒng)是一種以知識(shí)為基礎(chǔ)的智能化的故障診斷技術(shù)的應(yīng)用系統(tǒng)，使用知識(shí)與推理過(guò)程，求解那些專家才能求解的高難度問題。在采用先進(jìn)傳感技術(shù)與信號(hào)處理技術(shù)的基礎(chǔ)上研制開發(fā)的設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)，將現(xiàn)代科學(xué)的優(yōu)勢(shì)同領(lǐng)域?qū)＜邑S富經(jīng)驗(yàn)與思維方式的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)，已成為設(shè)備診斷技術(shù)發(fā)展的主要方向。如果系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生故障，則專家系統(tǒng)很快就可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定故障的原因和部位。這種方法對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)
的故障診斷非常有效。隨著計(jì)算機(jī)和人工智能技術(shù)的發(fā)展，專家系統(tǒng)診斷方法的智能化不斷提高，它克服了基于模型的故障診斷方法對(duì)模型的過(guò)分依賴性，成為故障診斷的有效方法，并在很多系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。
3、機(jī)電故障診斷技術(shù)及專家系統(tǒng)的特點(diǎn)
隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，促進(jìn)了現(xiàn)代維修理論等相關(guān)基礎(chǔ)學(xué)科理論和各種檢查技術(shù)的發(fā)展，并且工藝手段也在不斷的更新和完備。根據(jù)煤礦機(jī)械設(shè)備故障的發(fā)生時(shí)間、位置等總結(jié)了機(jī)電故障診斷技術(shù)及專家系統(tǒng)的特點(diǎn)。我們可以從以下三個(gè)方面進(jìn)行分析。
3.I目的明確
為了更好的確定機(jī)械運(yùn)行的狀態(tài)、檢查相關(guān)部位的故障情況，從而可以分析出故障所發(fā)生的原因，并且可以根據(jù)原因制定經(jīng)濟(jì)有效的維修方案.
3.2實(shí)踐性強(qiáng)
正是由于煤礦企業(yè)的工作環(huán)境的限制，煤礦大部分都是在井下工作，煤礦的機(jī)械在井下工作時(shí)，同樣也會(huì)受到井下環(huán)境和作業(yè)空間等因素的影響，使得煤礦機(jī)械設(shè)備易于發(fā)生故障，甚至事故，使得機(jī)械設(shè)備的故障率更高，使用故障診斷技術(shù)，使得處理結(jié)果能夠很快得到實(shí)踐驗(yàn)證。
4、煤礦機(jī)電設(shè)備診斷專家系統(tǒng)的構(gòu)建
煤礦機(jī)電設(shè)備診斷專家系統(tǒng)是利用各種類型的診斷知識(shí)通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)到的信息進(jìn)行分析、處理，對(duì)設(shè)備運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行判斷和推理的軟件系統(tǒng)。一旦設(shè)備發(fā)生異常，它可以通過(guò)推理判斷找出故障的原因和發(fā)生故障的位置，最后給出診斷推理過(guò)程的解釋和故障處理對(duì)策，在設(shè)備性能下降到一定程度或故障將要發(fā)生之前主動(dòng)實(shí)施維修。它為設(shè)備安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)周期、全性能、優(yōu)質(zhì)運(yùn)行提供了可靠的技術(shù)和管理保障。司馬煤業(yè)公司機(jī)電設(shè)備診斷專家系統(tǒng)以設(shè)備運(yùn)行狀況及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成為依據(jù)，以數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和NET技術(shù)為手段開發(fā)，采用C/S模式，應(yīng)用范圍可涵蓋所有在役設(shè)備，主要由設(shè)備綜合管理模塊、故障診斷模塊、維修助手模塊、預(yù)警提醒模塊等功能模塊或子系統(tǒng)等組成。
4.1設(shè)備綜合管理模塊
設(shè)備故障診斷需要大量描述設(shè)備狀態(tài)及其演變過(guò)程的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，即要有足夠的信息用于分析與決策，這就是設(shè)備數(shù)據(jù)綜合管理。該模塊管理、存儲(chǔ)所有設(shè)備資產(chǎn)清單、設(shè)備臺(tái)帳圖紙、設(shè)備設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、設(shè)備安裝狀況及系統(tǒng)圖、維修歷史數(shù)據(jù)、設(shè)備變更與維修記錄、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷數(shù)據(jù)、事故及異常記錄、測(cè)點(diǎn)設(shè)置、設(shè)備可靠性狀態(tài)統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)等等。
4.2故障診斷模塊
1）專家?guī)炀S護(hù)：主要用于維護(hù)專家?guī)靸?nèi)的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，具體的說(shuō)就是維護(hù)選定設(shè)備的征兆庫(kù)，故障庫(kù)以及征兆與故障之間的邏輯關(guān)聯(lián)。
2）診斷推理：對(duì)選定設(shè)備進(jìn)行故障診斷，推理方式包括正向推理、反向推理及正反向混合推理，并根據(jù)推理結(jié)果給出維修對(duì)策。
4.3維修助手模塊
維修助手中分門別類的存放了關(guān)于設(shè)備資料、維修資料、專家資料及應(yīng)急預(yù)案在內(nèi)的所有文件和資料，實(shí)現(xiàn)了對(duì)與設(shè)備相關(guān)的所有文件資料的規(guī)范化統(tǒng)一管理。在需要之時(shí)可以迅速找到相關(guān)資料，包括設(shè)備說(shuō)明書、設(shè)備性能參數(shù)、設(shè)備圖片、設(shè)備圖紙、設(shè)備視頻、維修作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、維修技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、維修方法、專家資料、應(yīng)急預(yù)案等。為設(shè)備的安裝維護(hù)，檢查調(diào)試，定期檢修，故障處理，事故應(yīng)對(duì)，專家咨詢等各個(gè)方面提供技術(shù)支持和操作幫助。
4.4預(yù)警提醒模塊
1）故障預(yù)警：根據(jù)在線監(jiān)測(cè)設(shè)備采集到的各項(xiàng)性能數(shù)據(jù)和指標(biāo)對(duì)選定設(shè)備出現(xiàn)的故障進(jìn)行預(yù)警，以便及早采取措施。
2）維修提醒：根據(jù)選定設(shè)備的維修或維護(hù)周期，提醒設(shè)備維修人員在合理的時(shí)間對(duì)設(shè)備進(jìn)行維修或維護(hù)。對(duì)單一設(shè)備，根據(jù)不同運(yùn)行方式和維修方式，運(yùn)用技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析方法，對(duì)維修費(fèi)用、效益進(jìn)行評(píng)估，給出對(duì)該設(shè)備來(lái)說(shuō)最佳維修時(shí)間、維修措施和維修項(xiàng)目，并形成維修決策報(bào)告。
5、應(yīng)用與分析
在煤礦生產(chǎn)過(guò)程中，正是綜采機(jī)電故障的多樣性，成因的復(fù)雜性和進(jìn)行故障診斷所需要的知識(shí)對(duì)診斷策略的依賴性。因此，基于綜采機(jī)電自身的工作特性，提出了機(jī)電一體化產(chǎn)品的綜采機(jī)電遠(yuǎn)程故障診斷。因此，傳感信息融合的自適應(yīng)能力是非常重要的，這樣將有利于提高診斷策略的可靠性。
5.1礦井提升機(jī)檢測(cè)與故障診斷
礦井提升機(jī)的功能和作用，對(duì)于煤礦工作人員來(lái)說(shuō)，這并不陌生，因?yàn)榈V井提升機(jī)是煤礦企業(yè)實(shí)現(xiàn)礦井生產(chǎn)、運(yùn)輸?shù)闹饕O(shè)備之一。而且還是連接井下和地面的關(guān)鍵部位，它主要的作用是起到提升原煤、矸石等，下放材料和升降人員等運(yùn)輸任務(wù)。煤礦提升機(jī)的安全高效的運(yùn)行，與煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)和整個(gè)煤礦系統(tǒng)人員的生命安全有著密切的關(guān)系。煤礦提升機(jī)的故障主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面，第一個(gè)就是“硬故障”，第二個(gè)就是“軟故障”等這兩類。硬故障是指由于機(jī)電設(shè)備在工作過(guò)程中，在已經(jīng)設(shè)計(jì)好的參數(shù)出現(xiàn)了超限，使得機(jī)電設(shè)備遭到破壞，所以此類故障我們可以通過(guò)保護(hù)裝置來(lái)處理；而“軟故障”需要測(cè)量許多設(shè)計(jì)的'工況參數(shù)，并且還需要經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理才能得出一些診斷結(jié)果出來(lái)，但是由于在診斷過(guò)程中，測(cè)量的數(shù)據(jù)較多，從而導(dǎo)致了起準(zhǔn)確性比較低，綜合而言，“軟故障”往往是“硬故障”的前兆。所以，這就說(shuō)明了“軟故障”的診斷準(zhǔn)確性和及時(shí)性，對(duì)預(yù)防“硬故障”有著重要的作用，為了有效的保證礦井提升機(jī)的安全高效的為煤礦企業(yè)服務(wù)，通過(guò)許多科學(xué)技術(shù)人員的不懈努力，取得了很多的可喜成果，并且研制出了很多提升機(jī)的檢測(cè)診斷裝置。
5.2通風(fēng)機(jī)的檢測(cè)診斷技術(shù)
在當(dāng)前情況下，關(guān)于主風(fēng)機(jī)故障檢測(cè)診斷方面的相關(guān)產(chǎn)品還不是很多，然而比較典型裝置是KFCA型通風(fēng)機(jī)集中檢測(cè)儀、FJZ型礦井主風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)與故障診斷儀。FJZ型礦井主風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)與故障診斷儀是一個(gè)以809機(jī)為核心的通風(fēng)機(jī)在線檢測(cè)與故障診斷系統(tǒng)，它將主風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)與機(jī)械故障診斷一體化。8098單片機(jī)系統(tǒng)是目前面向控制應(yīng)用領(lǐng)域性能價(jià)格比最高的單片微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
系統(tǒng)的主要功能：
第一，主要起到實(shí)時(shí)檢測(cè)的功能，主要檢測(cè)量：軸心軌跡、軸溫量、負(fù)壓、通風(fēng)機(jī)電流，并可巡回顯示。
第二，報(bào)警、打印。各種參數(shù)報(bào)警值可任意設(shè)定超限時(shí)即可進(jìn)報(bào)警并隨機(jī)打印。
第三，智能診斷。利用主機(jī)內(nèi)專家系統(tǒng)，對(duì)通風(fēng)機(jī)常見的“轉(zhuǎn)子”等機(jī)械故障進(jìn)行診斷。故障診斷采用灰度理論對(duì)風(fēng)機(jī)故障類型進(jìn)行快速定位。首先測(cè)出通風(fēng)機(jī)敏感部位的振動(dòng)加速度，并計(jì)算其烈度值和功率譜，再根據(jù)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)故障模式進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度分析，并且按照關(guān)聯(lián)度的大小，以此來(lái)診斷通風(fēng)機(jī)的機(jī)械故障類型。
煤礦機(jī)電設(shè)備診斷系統(tǒng)在神東已經(jīng)得到實(shí)際應(yīng)用，到目前為止，設(shè)備的說(shuō)明書、性能參數(shù)、圖片資料、圖紙資料、視頻資料、維修資料、專家資料、應(yīng)急預(yù)案等資料和數(shù)據(jù)的錄入工作已經(jīng)基本完成，其他相關(guān)數(shù)據(jù)的錄入和試運(yùn)行工作進(jìn)展情況良好。診斷知識(shí)庫(kù)也正在以大型關(guān)鍵設(shè)備為試點(diǎn)，有計(jì)劃有步驟地建立和完善。系統(tǒng)的應(yīng)用對(duì)煤礦企業(yè)機(jī)電設(shè)備資源和技術(shù)資源進(jìn)行統(tǒng)一集成管理，規(guī)范和完善了現(xiàn)有機(jī)電設(shè)備管理體系，大大簡(jiǎn)化了設(shè)備管理和維護(hù)的過(guò)程，并實(shí)現(xiàn)了企業(yè)機(jī)電設(shè)備的故障智能診斷，提高了設(shè)備管理的效率和水平，為企業(yè)帶來(lái)了一定的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。它的高效性、科學(xué)性對(duì)于提高企業(yè)設(shè)備管理部門的工作效率，提升管理水平具有十分重要的意義，為提高安全生產(chǎn)管理水平提供了更為廣闊的空間。
故障診斷專家系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：適于人的思維，容易理解，知識(shí)可用基本規(guī)則表示，無(wú)需輸入大量的細(xì)節(jié)知識(shí)；個(gè)別事實(shí)發(fā)生變化時(shí)易于修改；能解釋自己的推理過(guò)程。然而，在智能診斷專家系統(tǒng)的應(yīng)用取得初步成果的后面仍存在明顯的局限性，如實(shí)現(xiàn)故障診斷的準(zhǔn)確度依賴于知識(shí)庫(kù)中專家知識(shí)的豐富程度和專家知識(shí)水平高低；建立知識(shí)庫(kù)困難，有些經(jīng)驗(yàn)難以通過(guò)形式化的方式來(lái)描述；當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模較大時(shí)還存在著“沖突消解”和“組合爆炸”等問題；推理效率低，缺少自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)機(jī)制。
6、結(jié)語(yǔ)
設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)是煤礦機(jī)電設(shè)備完好率的重要保障。系統(tǒng)的應(yīng)用使煤礦機(jī)電設(shè)備的檢修逐漸實(shí)現(xiàn)了預(yù)知維修、狀態(tài)維修，以保證機(jī)電設(shè)備可靠運(yùn)轉(zhuǎn)，為煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)提供了有力保障。而專家系統(tǒng)由于其自身特點(diǎn)，在設(shè)備診斷和維修中越來(lái)越顯示出其優(yōu)越性，雖然故障診斷技術(shù)已得到很大發(fā)展，但還存在各種問題有待研究和解決。欲使故障診斷技術(shù)不斷取得進(jìn)展并在生產(chǎn)實(shí)踐中得到應(yīng)用，必須和當(dāng)代的前沿學(xué)科相結(jié)合，引入相關(guān)學(xué)科中的新思維和新方法，并善于從生產(chǎn)實(shí)際中提出問題，歸納提高到理論和方法的高度進(jìn)行研究和探討。
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