第七章、提升系統(tǒng)智能故障診斷

1、第 7 章 提升機(jī)智能故障診斷系統(tǒng)71 引言提升機(jī)在冶金、煤炭、石油等行業(yè)應(yīng)用非常廣泛，是企業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)，處于重要地位，其運(yùn)轉(zhuǎn)效益與企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益密切相關(guān)。然而提升設(shè)備在使用過程中不可避免地會(huì)經(jīng)歷三種狀態(tài)，即正常、異常和故障。正常狀態(tài)時(shí)，設(shè)備可以照常運(yùn)行； 發(fā)生異常后，說明運(yùn)行狀態(tài)已經(jīng)惡化，應(yīng)引起檢修人員的注意，監(jiān)視狀態(tài)的發(fā)展；一旦發(fā)生到故障狀態(tài)，若得不到及時(shí)的處理，就可能引起重大事故的發(fā)生，甚至造成人員傷亡。故障后，若不能很快地診斷排除故障，就會(huì)影響生產(chǎn)，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此迫切需要為提升系統(tǒng)建立相應(yīng)的故障監(jiān)控與診斷系統(tǒng)。故障監(jiān)控和診斷技術(shù)是近三十年發(fā)展起來的一門新技術(shù)

2、，它不僅能找出并消除生產(chǎn)系統(tǒng)中的事故隱患，而且能及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)器的故障，并預(yù)防設(shè)備惡性事故的發(fā)生，從而避免人員的傷亡、環(huán)境的污染和巨大的經(jīng)濟(jì)損失。尤為重要的是，應(yīng)用故障監(jiān)控和診斷技術(shù)， 可以改革目前的設(shè)備維修制度定期檢修， 實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化維修技術(shù)預(yù)知維修。這樣，不僅節(jié)約了大量的維修費(fèi)用，而且由于減少了許多不必要的維修時(shí)間，從而大大增加了機(jī)器設(shè)備正常運(yùn)行的時(shí)間，大幅度地提高生產(chǎn)率，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。因此，故障監(jiān)控和診斷已是現(xiàn)代工業(yè)的重要組成部分，故障監(jiān)控和診斷技術(shù)已經(jīng)成為自動(dòng)控制領(lǐng)域中的一個(gè)新的研究課題。當(dāng)前故障檢測與診斷技術(shù)一個(gè)重要的研究特征，就是與具體工程技術(shù)領(lǐng)域的結(jié)合比以往更加緊密，更注重解決實(shí)

3、際應(yīng)用問題，從而切實(shí)為保證工程系統(tǒng)的安全性與可靠性服務(wù)。對于實(shí)際的工程系統(tǒng)，故障診斷技術(shù)基本上有兩大用途。其一是用于構(gòu)成離線式的“計(jì)算機(jī)輔助決策支持系統(tǒng)”，即利用故障診斷系統(tǒng)來幫助快速發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的故障，制定更加合理有效的系統(tǒng)維修方案，找出系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，最終提高系統(tǒng)的可靠性和生產(chǎn)效益。 這類系統(tǒng)的應(yīng)用近年來發(fā)展很快，如已有報(bào)道開發(fā)出了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的故障診斷系統(tǒng)，輔助維修很有成效，可大大縮短維修時(shí)間，提高效率。其二是用于構(gòu)成實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)，或者進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高性能的自動(dòng)控制系統(tǒng)。在這類應(yīng)用中，故障診斷系統(tǒng)通常已在線方式運(yùn)行，它連續(xù)的實(shí)時(shí)監(jiān)視整個(gè)系統(tǒng)的測量參數(shù)，基于適當(dāng)?shù)脑诰€故障檢測與診斷算法給出系統(tǒng)的故

4、障信息，包括故障報(bào)警信息、故障位置信息和故障程度信息等等。采用先進(jìn)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，可以使控制系統(tǒng)具有自動(dòng)利用這些故障信息、根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行的不同故障工況自動(dòng)調(diào)整控制方案的能力，其目標(biāo)是保證系統(tǒng)運(yùn)行在安全狀態(tài)。一個(gè)實(shí)際的故障檢測與診斷系統(tǒng)（以下簡稱FDD系統(tǒng)）所需要的故障診斷方案， 是由診斷對象的性質(zhì)以及對F DD系統(tǒng)的功能要求決定的。提升機(jī)故障診斷系統(tǒng)首先要 求能對各種常見的故障和歷史上曾經(jīng)發(fā)生過的故障做出準(zhǔn)確的診斷，并能給出故障處理 的建議方案，而且對歷史上雖不曾發(fā)生、但實(shí)際上可能存在的故障也要具有一定的處理 能力。對于提升機(jī)系統(tǒng)，由于故障現(xiàn)象形形色色，故障原因也多種多樣，尤其是許多故 障現(xiàn)

5、象只能憑操作人員的語言描述，可實(shí)時(shí)利用的傳感器信號較少，所以建立故障的解 析模型將面臨諸多困難。綜合考慮各方面實(shí)際情況，基于諸如故障樹、專家系統(tǒng)、神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)和信息融合等人工智能的故障診斷方法建立提升機(jī)故障診斷系統(tǒng)是比較適宜的。7. 2提升系統(tǒng)主要故障現(xiàn)象與征兆分析8. 2. 1提升機(jī)故障分類提升系統(tǒng)由機(jī)械、液壓和電氣三部分構(gòu)成，從系統(tǒng)組成的結(jié)構(gòu)來分，系統(tǒng)故障分類 模型如圖7-1所示。系統(tǒng)故障圖7-1直流提升機(jī)故障分類示意圖7 2 2 主要故障現(xiàn)象與征兆1、機(jī)械類故障機(jī)械類故障主要包括主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，液壓制動(dòng)裝置和潤滑系統(tǒng)三部分。（ 1）主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)故障1）主軸承超溫由非接觸式溫度繼電器檢測，但溫度超

6、過60 度時(shí)，溫度繼電器動(dòng)作。2）尾繩扭結(jié)監(jiān)視或松繩保護(hù)尾繩扭結(jié)由尾繩環(huán)監(jiān)視開關(guān)（水銀開關(guān)）檢測；松繩保護(hù)由松繩信號繼電器來實(shí)現(xiàn)。（ 2）液壓制動(dòng)裝置故障1）液壓站油位、油溫、油壓監(jiān)視油位由浮子式液位計(jì)檢測；油溫由油溫傳感器檢測；油壓由壓力繼電器檢測。2） 過濾器太臟監(jiān)視3） 液壓站控制回路 +24V 直流電源漏電監(jiān)視4） 液壓站蓄力器故障監(jiān)視5） 制動(dòng)油泵運(yùn)行監(jiān)視：由油泵電源開關(guān)的輔助接點(diǎn)檢測6） 制動(dòng)器閘瓦磨損監(jiān)視由裝于制動(dòng)器上的位置開關(guān)檢測，閘瓦磨損超過 1mm開關(guān)動(dòng)作。7） 制動(dòng)盤變形監(jiān)視由安裝于制動(dòng)盤兩側(cè)的行程檢測器檢測。當(dāng)制動(dòng)盤存在偏擺時(shí)，檢測器動(dòng)作。8） 緊閘、松閘監(jiān)視9） 制動(dòng)

7、閘控制回路過流由過流繼電器檢測10） 安全閥組繼電器動(dòng)作監(jiān)視由控制安全閥組的繼電器的輔助接點(diǎn)檢測。（ 3）潤滑系統(tǒng)故障1）潤滑油油泵監(jiān)視2）潤滑油油溫、油壓監(jiān)視3）潤滑油油流監(jiān)視由電磁式流量傳感器檢測。當(dāng)潤滑油因故不流動(dòng)時(shí)，檢測裝置動(dòng)作。2、信號閉鎖類故障提升信號系統(tǒng)是礦井提升機(jī)運(yùn)輸?shù)闹笓]網(wǎng)絡(luò)。其指揮是否準(zhǔn)確、可靠、合理，直接影響礦井運(yùn)輸能力的提高和提升運(yùn)行的安全。信號系統(tǒng)所涉及的信號繁多且分散，各信號之間具有一定的閉鎖關(guān)系。只有在這些信號閉鎖關(guān)系完全正確時(shí)，才能啟動(dòng)運(yùn)行，否則將無法啟動(dòng)。這類故障相應(yīng)稱為信號閉鎖故障，其主要包括：(1)運(yùn)行方式轉(zhuǎn)換開關(guān)故障運(yùn)行方式轉(zhuǎn)換開關(guān)用來選擇提升方式：主要

8、由單擊鈴方式(手動(dòng))，自動(dòng)提升方式，驗(yàn)繩和井筒檢修等。轉(zhuǎn)換開關(guān)故障的原因主要是斷線或觸頭脫落。(2)手動(dòng)、自動(dòng)轉(zhuǎn)換閉鎖故障從自動(dòng)方式到手動(dòng)方式轉(zhuǎn)換的條件是：控制手柄在零位，制動(dòng)手柄在 “緊閘” 位置，而且制動(dòng)閘處于緊閘狀態(tài)；而從手動(dòng)方式到自動(dòng)方式的轉(zhuǎn)換，則還需要：運(yùn)行方式應(yīng)選在自動(dòng)提升方式，提升容器處于出車位置，而且安全回路必須接通。(3 )控制手柄不在零位或(和)制動(dòng)手柄不在“緊閘”位置。(4)未允許開車，閘以松開(5 )井口安全門未關(guān)(6)井口搖臺未抬起(7 )井底安全門未關(guān)(8)井底搖臺未抬起(9)按了緊停按鈕(10) 按了井口閉鎖按鈕(11) 按了井底閉鎖按鈕(12) 閉鎖繼電器動(dòng)作監(jiān)

9、視3、行程類故障行程類故障主要有：(1 )停車監(jiān)視在停車期間，方向繼電器不帶電，提升機(jī)不能運(yùn)行，如果提升機(jī)由于某種原因而運(yùn)轉(zhuǎn)起來，則測速機(jī)輸出電壓，而使安全回路立即動(dòng)作。(2)速度調(diào)節(jié)器解鎖監(jiān)視：若速度調(diào)節(jié)器未解鎖，便松閘，則應(yīng)使安全回路動(dòng)作；若 速度調(diào)節(jié)器解鎖后，延時(shí)0.5s后，閘仍沒松開，則必須重新封鎖調(diào)節(jié)器，以免堵轉(zhuǎn)。(3)方向監(jiān)視 當(dāng)通過方向繼電器設(shè)置一個(gè)轉(zhuǎn)向時(shí)， 提升機(jī)必須按此方向運(yùn)行，如果提升機(jī)按相反的方向運(yùn)轉(zhuǎn)，則測速機(jī)電壓的極性相反，而使安全回路動(dòng)作。(4)離站監(jiān)視 松閘指令發(fā)出后，或制動(dòng)手柄已處于“松閘”位置，延時(shí)一定時(shí)間后，速度應(yīng)達(dá)到某一預(yù)訂的值。(5)過速保護(hù) 當(dāng)速度超過最

10、大速度的15%時(shí)，機(jī)械式離心開關(guān)動(dòng)作。(6)限速回路斷線監(jiān)視(7 )連續(xù)速度監(jiān)視 由測速機(jī)和水平選擇器中的限速變阻器串聯(lián)構(gòu)成限速保護(hù)回路。在等速段，當(dāng)速度超過最大速度的10%時(shí)，動(dòng)作安全回路。在減速段，當(dāng)提升容器速度超過v=f(h)所限定的速度時(shí)，則動(dòng)作安全回路。(8 )定點(diǎn)速度監(jiān)視 由設(shè)在井筒內(nèi)的行程開關(guān)來實(shí)現(xiàn)減速階段的限速保護(hù)。(9)速度一一速度監(jiān)視(反饋速度監(jiān)視)在提升機(jī)主軸上的兩個(gè)測速機(jī)，具輸出電壓進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)相互監(jiān)視。(10) 鋼絲繩打滑監(jiān)視通過主軸上的測速機(jī)和鋼絲繩上的摩擦傳動(dòng)的測速機(jī)的輸出電壓進(jìn)行比較來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)速度大于 2m/s時(shí)，便安全制動(dòng)。(11) 井筒過卷開關(guān)監(jiān)視(12)

11、 水平選擇器過卷監(jiān)視(13) 行程顯示故障監(jiān)視(數(shù)字式)(14) 同步開關(guān)失靈監(jiān)視(15) 軸角編碼器故障(16) 深度指小器失靈4、電氣類故障電氣類故障主要包括交流電樞、直流電樞、磁場回路和控制回路四部分。(I )交流電樞回路故障(1)高壓開關(guān)柜過電流脫扣(2)高壓開關(guān)柜過負(fù)荷保護(hù)動(dòng)作(3 )高壓斷路器跳閘監(jiān)視(4)高壓開關(guān)柜操作電源監(jiān)視(5)交流電樞對地絕緣監(jiān)視(6)電樞整流變壓器過電流(7)電樞整流變壓器超溫報(bào)警(8)電樞整流變壓器超溫跳閘(9)電樞整流器同步電源監(jiān)視電樞整流器觸發(fā)脈沖放大器電源監(jiān)視電樞整流器交流側(cè)過電壓抑制回路熔斷器監(jiān)視快速熔斷器熔斷2 只快速熔斷器熔斷1 只整流樞風(fēng)扇

12、電源監(jiān)視整流柜極限溫度監(jiān)視(n)直流電樞回路故障(1)直流電樞回路過電流(2 )直流快開跳閘監(jiān)視(3 )直流快開操作回路熔斷器監(jiān)視(4)直流電樞接地跳閘(5 )直流電樞絕緣報(bào)警(6)電動(dòng)機(jī)超溫(7)電動(dòng)機(jī)熱過載(8)基本負(fù)載電阻熔斷器監(jiān)視(in)磁場回路故障(1)低壓開關(guān)柜過電流(2 )磁場變壓器過電流(3 )磁場變壓器超溫跳閘(4 )磁場變壓器超溫報(bào)警(5 )磁場整流器同步電源監(jiān)視(6)磁場整流器觸發(fā)脈沖放大器電源監(jiān)視(7 )磁場接觸器跳閘監(jiān)視380V)(9 )磁場整流柜極限溫度監(jiān)視磁場整流器交流側(cè)熔斷器監(jiān)視 磁場回路絕緣監(jiān)視(IV)控制回路故障控制回路故障主要包括控制點(diǎn)元件時(shí)，調(diào)節(jié)器板輸出

13、監(jiān)視和計(jì)算機(jī)硬件故障監(jiān)視三部分。I)電源監(jiān)視380V/220V)(2)控制回路交流電源絕緣監(jiān)視+24V/+48V)(4)控制回路直流電源絕緣監(jiān)視(5)司機(jī)臺深度指示器電源監(jiān)視(6)水平選擇器自整角機(jī)電源監(jiān)視(7)控制繼電器柜電源監(jiān)視(8 )安全回路電源監(jiān)視(9)安全繼電器監(jiān)視信號系統(tǒng)電源監(jiān)視速度給定電源監(jiān)視速度給定電源監(jiān)視n)調(diào)節(jié)器板故障監(jiān)視(1)正向速度給定限幅監(jiān)視(2)反向速度給定限幅監(jiān)視(3)正向電流給定值限幅監(jiān)視(4)反向電流給定值限幅監(jiān)視(5)電樞極限電流監(jiān)視(6)磁場過流監(jiān)視m)計(jì)算機(jī)硬件故障主要是 PLC 系統(tǒng)的故障。在系統(tǒng)每次上電或復(fù)位時(shí)，進(jìn)行自檢。檢測內(nèi)容包括：CPU 模塊I

14、/O 模塊I/O 模塊(4 )計(jì)數(shù)模塊(5)串行通訊口 止匕外，還有一些冗余監(jiān)視，主要有：(1 )起動(dòng)閉鎖監(jiān)視(2 )安全回路動(dòng)作冗余監(jiān)視7 2 3 直流提升機(jī)主要故障產(chǎn)生原因分析故障分類的目的，一方面是為了方便故障點(diǎn)的選擇和采集，另一方面就是為了便于對故障原因的分析，即從故障征兆分離出故障源。由于直流提升機(jī)在日常運(yùn)行時(shí)，只需診斷到組件級，如各種控制板，各種開關(guān)，繼電器等。因此，上述故障點(diǎn)大多是直接的故障源。下面就對主要的故障征兆進(jìn)行分析。1、離站監(jiān)視提升機(jī)不能正常起動(dòng)的原因可能是：(1 )機(jī)械閘沒打開或沒完全打開(2)無速度給定或給定偏低(3)調(diào)節(jié)器沒有解鎖(4)調(diào)節(jié)器故障，不能提供電樞電流

15、或電樞電流太小(5)負(fù)載太重或卡罐壓車，發(fā)生了堵轉(zhuǎn)2、超速包括過速保護(hù)，連續(xù)限速保護(hù)和軸點(diǎn)速度保護(hù)。發(fā)生超速的主要原因可能是：(1)速度給定超限(2)減速時(shí)，給定值不變(3)測速機(jī)部提供反饋電壓或反饋電壓過低(4)速度反饋回路斷線(5 )磁場無電流或不正常的欠電流(6)調(diào)節(jié)器故障，減速時(shí)不能提供足夠的制動(dòng)力矩，知識速度減不下來(7)實(shí)際減速點(diǎn)的位置后移3、過卷(1)制動(dòng)系統(tǒng)故障而導(dǎo)致制動(dòng)力不足(2)在減速段超速保護(hù)失靈時(shí)，發(fā)生了超速4、主軸承超溫(1)油壓偏低(2)油溫太高(3)油質(zhì)太差(4)潤滑油不流動(dòng)(5)周圍溫度過高而且運(yùn)行時(shí)間又長5、鋼絲繩打滑(1 )嚴(yán)重超載(2)摩擦襯墊上有油水污染

16、(3)安全制動(dòng)時(shí)，由于制動(dòng)力矩過大，而使安全減速度超過允許值6、高壓開關(guān)跳閘(1 )高壓電樞回路過電流(2 )高壓斷路器斷開按鈕(3 )故障處理時(shí)跳閘指令(軟件或硬件)7、高壓電樞回路過電流(1 )電樞變壓器過流(2)高壓電纜斷路或接地8、電樞變壓器過電流(1)整流器輸出端短路(2)整流器交流側(cè)短路或接地(3 )變壓器內(nèi)部過電流9、電樞變壓器超溫(1 )長時(shí)間過載(2)變壓器內(nèi)部匝間斷路(3)環(huán)境溫度超過40c10、整流柜超溫(1 )風(fēng)路不通(2 )長時(shí)間過載11、直流快開跳閘(1 )直流電樞接地跳閘(過電流)(2 )直流快開斷開按鈕(3 )故障處理時(shí)跳閘指令(軟件或硬件)12、低壓開關(guān)柜過電

17、流(1 )磁場變壓器過電流(2 )低壓電纜短路或接地13、磁場變壓器超溫(1 )長時(shí)間過載(2)匝間短路14、磁場整流器超溫(1 )磁場整流器風(fēng)機(jī)故障(2 )長時(shí)間過載15、安全繼電器(1)緊停按鈕(2)安全回路電源(3 )故障處理是動(dòng)作安全回路(軟件或硬件)因篇幅有限，故障征兆的分析不一一列出。從分析可以看出，有的故障征兆既有自己的故障源，同時(shí)又是另一些故障征兆的故障源，從而反映了故障的傳播路徑。因此，故障診斷時(shí)，只要從故障征兆開始，逆著故障的傳播途徑，便可找到故障源。來自提升機(jī)各部分的故障源信號分為立即施閘和井口施閘兩類。7 3 提升機(jī)離線式輔助診斷方法7 3 1 故障樹的診斷方法故障樹分

18、析(fault tree analysis是用于大型復(fù)雜系統(tǒng)可靠性、安全性分析以及故障 診斷的一個(gè)有力工具。6 0年代初，美國貝爾實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家首先提出了故障樹方法， 其后波音公司又對之作了改進(jìn)，使它適用于計(jì)算機(jī)處理。故障樹方法最初在民兵式導(dǎo)彈發(fā)射系統(tǒng)的安全性研究、超音速飛機(jī)運(yùn)輸安全性分析等問題上獲得成功的應(yīng)用。7 0年代以來，其應(yīng)用范圍逐步擴(kuò)展到核電站、化工、輕工、電子、機(jī)械等產(chǎn)業(yè)部門，用來解決安全性能評價(jià)、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、故障診斷等實(shí)際問題，應(yīng)用廣泛，并為工程技術(shù)人員熟悉和接受。隨著各種FDD新技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，這種較為傳統(tǒng)的故障樹方法并沒有失去作用，相反，它依然廣泛應(yīng)用于各種工程技術(shù)領(lǐng)域。故障

19、樹方法基本上是將系統(tǒng)級的故障現(xiàn)象(稱為頂事件)與最基本的故障原因(稱為底事件）之間的內(nèi)在關(guān)系表示成樹形的網(wǎng)絡(luò)圖，各層事件之間通過“與”、 “或”、 “非”、“異或”等邏輯運(yùn)算關(guān)系相關(guān)聯(lián)?；诠收蠘淠Ｐ?，可以對系統(tǒng)進(jìn)行定性和定量的分析，故障診斷則是一個(gè)從觀測到的頂層故障現(xiàn)象出發(fā)、逐步向下演繹，最終找出對應(yīng)的底層故障原因的過程。故障樹方法涉及的關(guān)鍵問題有兩個(gè)：如何建立故障樹、如何處理故障樹。故障樹模型是描述診斷對象結(jié)構(gòu)、功能和關(guān)系的一種定性因果模型，它體現(xiàn)了故障傳播的層次性和子節(jié)點(diǎn)（即下層故障源）與父節(jié)點(diǎn)（即上層故障現(xiàn)象）之間的因果關(guān)系。就某一個(gè)節(jié)點(diǎn)而言，它對上層作為故障源子節(jié)點(diǎn)，對下層則又可作為

20、故障現(xiàn)象父節(jié)點(diǎn)。故障樹模型中的各個(gè)子節(jié)點(diǎn)與其父節(jié)點(diǎn)構(gòu)成了正向因果關(guān)系鏈，這種因果關(guān)系鏈與“If . then."型故障診斷規(guī)則本質(zhì)上具有一致性，兩者之間可以相互轉(zhuǎn)換.由于計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的迅速發(fā)展，面向?qū)ο缶幊蹋╫bject-oriented programming -OOP）已成為目前應(yīng)用軟件開發(fā)的主導(dǎo)技術(shù)。OOP 技術(shù)可以容易地與故障樹模型相結(jié)合，從而將故障樹模型表示成適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在提升機(jī)的F D D系統(tǒng)中，將故障樹方法作為故障診斷的一種基本方法的重要依據(jù)在于， 提升系統(tǒng)的原始設(shè)計(jì)資料中已提供了一些主要故障現(xiàn)象的故障樹診斷方法（如圖7 2所示） ， 并且經(jīng)過長期的實(shí)際應(yīng)用這些診

21、斷方法的準(zhǔn)確性和可靠性已得到充分的證明。對于FDD系統(tǒng)的開發(fā)來說，這部分故障診斷知識具有很高的利用價(jià)值。因此，由原始技 術(shù)資料提供的故障樹診斷法被用作整個(gè)F DD系統(tǒng)的一種基本故障診斷方法，同時(shí)考慮 到這部分故障樹診斷知識僅僅覆蓋了有限的故障現(xiàn)象，所以在系統(tǒng)開發(fā)過程中對診斷對象進(jìn)一步作了故障機(jī)理分析，建立了一部分附加的故障樹診斷模型，從而擴(kuò)展了整個(gè)系統(tǒng)的故障樹診斷知識。7 2 中：X1 制動(dòng)系統(tǒng)閘盤偏擺、彈簧疲勞X 2液壓制動(dòng)系統(tǒng)油位偏低X 4冷卻設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)X 6主電機(jī)溫度偏高8主回路過流X 10快速開關(guān)跳閘12交流開關(guān)斷開14測速機(jī)故障X16提升容器過卷18編碼器故障20減速段超速22信號

22、系統(tǒng)告警X3一電樞柜、勵(lì)磁柜風(fēng)機(jī)停X5電樞、勵(lì)磁變壓器溫度偏高X7液壓站油溫偏高XX9電樞、勵(lì)磁進(jìn)線高壓柜斷開X11一快熔熔斷XX13一直流開關(guān)斷開XX15一控制電源、同步電源失壓X17一主繩打滑超限XX19一等速段超速XX21 尾繩故障XX23一搖臺動(dòng)作X25信號電源接地X27制動(dòng)系統(tǒng)閘瓦磨損24一按下急停按鈕26一低壓電源漏電X28電機(jī)軸承過熱提升機(jī)故障+終端施閘類故障溫度偏局王回路故障X8, X9 X10X11其障-W_n 人 |主回1斷開|8,+X12 X13 X14 X15超速+I詞節(jié)?故障!+立即施閘類故障丁 +X5X6 X7圖72提升機(jī)電控系統(tǒng)故障診斷樹模型在FDD系統(tǒng)開發(fā)中，對

23、有關(guān)的故障診斷樹采用了適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)化描述方法，從而將其轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的形式，并應(yīng)用O O P方法對故障診斷樹中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行 “對 象”編程處理，設(shè)計(jì)了故障診斷樹“適時(shí)展開”的方案，從而使該FDD系統(tǒng)能夠根據(jù) 系統(tǒng)級的故障現(xiàn)象，根據(jù)當(dāng)前的運(yùn)行工況依次逐級向下展開有關(guān)的節(jié)點(diǎn)和樹枝，直到最 終找出底層的故障原因和處理對策。7. 3. 2專家系統(tǒng)方法專家系統(tǒng)是人工智能技術(shù)的一個(gè)重要組成部分。它將人類專家的知識、經(jīng)驗(yàn)輸入到計(jì) 算機(jī)中，使計(jì)算機(jī)能夠以“思維”、“推理”的方式利用這些知識、經(jīng)驗(yàn)，從而解決特定 的問題。5 0年代人工智能剛誕生時(shí)，研究者們致力于開發(fā)通用問題求解程序，試圖尋找一 般的方法來

24、模仿復(fù)雜的思維過程，但未取得實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。至U6 0年代中期，AI研究 者開始認(rèn)識到，解題能力不僅取決于所使用的形式化體系和推理模式，而且取決于所擁 有的知識。美國斯坦福大學(xué)的E .A.Figenbom教授在1 9 6 5年提出，要使程序達(dá)到可付 諸實(shí)用的高性能，就必須把模仿人類思維規(guī)律的解題策略與大量的專門知識相結(jié)合?；?于這種認(rèn)識，他與遺傳學(xué)家、物理化學(xué)家合作，與1 9 6 8年研制成計(jì)算機(jī)程序DENDRAL ，能夠幫助化學(xué)家推斷分子結(jié)構(gòu)，其解決問題的能力達(dá)到甚至超過了同領(lǐng)域的專家水平。該系統(tǒng)的出現(xiàn)標(biāo)志著“專家系統(tǒng)”的誕生。其后，隨著專家系統(tǒng)理論與技術(shù)的逐漸成熟，其應(yīng)用領(lǐng)域迅速擴(kuò)大，出現(xiàn)了

25、診斷、預(yù)測、解釋、設(shè)計(jì)與規(guī)劃、教學(xué)等各種類型的專家系統(tǒng)。一個(gè)專家系統(tǒng)通常包括以下子系統(tǒng)：（1） 知識獲取系統(tǒng)：它把專家的知識、經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)換成知識庫的內(nèi)容；（2） 知識庫：它存儲(chǔ)了有關(guān)的知識、經(jīng)驗(yàn)、規(guī)則；（3） 推理機(jī)：它根據(jù)一定的規(guī)則從已知條件出發(fā)推出特定的結(jié)論；（4） 輸入輸出系統(tǒng)：即用戶與專家系統(tǒng)人機(jī)交互的界面；其中知識庫和推理機(jī)構(gòu)成了專家系統(tǒng)的核心和關(guān)鍵。專家系統(tǒng)的出現(xiàn)對于人工智能技術(shù)的發(fā)展具有重要的意義。一方面，它可以保存專家的知識和經(jīng)驗(yàn)，使之能被更多的人利用，而且在一個(gè)專家系統(tǒng)中可以方便地匯集某領(lǐng)域中許多專家的經(jīng)驗(yàn)和知識，集各家之長，從而使系統(tǒng)處理問題的能力超出單一專家的水平；另一方面，

26、它也推動(dòng)了人工智能的研究和對人類思維過程的了解。我國自8 0年代初開始開發(fā)專家系統(tǒng)，至今也取得了一些重要的成果，如著名的“中醫(yī)肝病診斷治療專家系統(tǒng)”和“農(nóng)業(yè)施肥方案咨詢系統(tǒng)”等，產(chǎn)生了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。至于在各類自動(dòng)控制、自動(dòng)監(jiān)視、輔助決策等系統(tǒng)中增設(shè)一定規(guī)模（有時(shí)規(guī)?？赡芟喈?dāng)?。┑膶＜蚁到y(tǒng)，利用專家系統(tǒng)來增強(qiáng)系統(tǒng)解決部分問題的能力，這樣的方案已得到普遍的應(yīng)用，并經(jīng)實(shí)踐表明可以取得更加良好的實(shí)際效果。事實(shí)上，專家系統(tǒng)也已成為故障診斷系統(tǒng)開發(fā)的重要技術(shù)支柱之一。在故障診斷專家系統(tǒng)中,故障診斷知識可以采用多種不同的方式來組織、存儲(chǔ)、 檢索。例如，可以將知識表示成“字典”的格式，此時(shí)專家系統(tǒng)

27、的“推理機(jī)”則采用字典檢索 方法。也可以采用語義方式來表示故障診斷知識，如：R（k） : If（Condition k） then （Failure Mode k）其中“條件項(xiàng)"（Condition k）可以是由多項(xiàng)AND/OR等運(yùn)算規(guī)則構(gòu)成的復(fù)雜邏輯表達(dá)式，故障診斷知識通常由相關(guān)領(lǐng)域的專家提供。對于提升機(jī)的FDD 系統(tǒng)，考慮到根據(jù)原始技術(shù)資料并經(jīng)適當(dāng)補(bǔ)充后開發(fā)的基于故障樹方法的故障診斷功能，仍不足以適應(yīng)所有的實(shí)際可能的情況，所以系統(tǒng)開發(fā)過程中實(shí)際調(diào)查了許多煤礦的主、副井提升機(jī)操作人員的經(jīng)驗(yàn)，獲得了20 余個(gè)其他故障現(xiàn)象、30 余種故障原因及相應(yīng)的故障處理方案，形成了較為豐富的故障診

28、斷知識。為了便于計(jì)算機(jī)處理、特別是考慮到為了能夠與基于 ANN的故障診斷方法協(xié)調(diào)運(yùn)行，系統(tǒng)中采用了多 維關(guān)系表的形式來組織、存儲(chǔ)和利用這些故障知識。下表是多維關(guān)系表的格式，它對應(yīng) 了專家系統(tǒng)的知識庫。表31故障診斷知識庫的多維關(guān)系描述序號故障現(xiàn)象故障原因SiS2SnFiF2Fm1九1兒2'叼n，1“12，m2上21，一 22腦n“21“22n2mi41A 2Anni12nimN'-N1兒N2'-Nn12n Nn上表的每一行對應(yīng)了專家系統(tǒng)知識庫中的一條故障診斷知識規(guī)則。 設(shè)專家完成診斷所 需的信息共有n個(gè)方面，對應(yīng)于多維關(guān)系表中的故障現(xiàn)象 S1Sn；系統(tǒng)中可能的故障原 因

29、共有m項(xiàng)，對應(yīng)于表中的故障原因F1Fm。考慮多維關(guān)系表中的第i行，它代表了各 種故障現(xiàn)象的某種組合，并描述了這組故障現(xiàn)象與各個(gè)故障原因之間的關(guān)系。其中 九j(j=1n)表示故障現(xiàn)象Sj在本組故障現(xiàn)象中是否發(fā)生，即% =1表示Sj與本條診斷規(guī)則 R有關(guān)， =0則表示Sj與診斷規(guī)則R無關(guān)；nik (k=1m)則反映了故障原因Fk與當(dāng) 前故障現(xiàn)象之間的關(guān)系。這種類型的多維關(guān)系表適合于采用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫來存儲(chǔ)、檢索 和管理，并且可以容易地與“ If-then”型故障診斷規(guī)則相互轉(zhuǎn)化。值得說明的是，在 最初建立專家系統(tǒng)時(shí)，由于缺乏更深層的故障診斷知識，)k (k=1m)可以取二值變量， 即，=1表示從當(dāng)前

30、的故障現(xiàn)象組合可以推斷出發(fā)生了故障Fk,而” =0則表示當(dāng)前故障現(xiàn)象不可能由故障Fk引起。隨著故障診斷知識的逐步積累，*可以取為閉區(qū)間0, 1內(nèi)的數(shù)值，以進(jìn)一步描述在當(dāng)前故障現(xiàn)象下故障 Fk發(fā)生的可能性。考慮到各臺提升機(jī)的 使用年限、結(jié)構(gòu)、運(yùn)行環(huán)境有較大的差別，同一組故障現(xiàn)象在不同提升機(jī)上由某種故障 原因引起的可能性不完全相同。實(shí)際上往往存在這樣一種情況，即對于某臺提升機(jī)，在 可能導(dǎo)致某組故障現(xiàn)象的多個(gè)故障原因中，如果某一故障原因確實(shí)曾經(jīng)發(fā)生過，則以后 對該臺提升機(jī)同樣的故障現(xiàn)象由這一故障原因引起的可能性會(huì)明顯增大，所以對歷史故 障記錄資料的統(tǒng)計(jì)分析是確定多維關(guān)系表中 Fk數(shù)值的一個(gè)重要依據(jù)。

31、此外，當(dāng)有了新增的故障診斷知識后，*的數(shù)值還可以通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)加以調(diào)整。專家系統(tǒng)方法的引入顯著地增強(qiáng)了 FDD系統(tǒng)的處理能力和實(shí)用性，使該 FDD系統(tǒng) 不但能夠處理提升機(jī)系統(tǒng)原始技術(shù)資料所提供的幾種基本故障，而且對歷史上曾經(jīng)發(fā)生 過各種故障都具備了診斷能力。7. 3. 3神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法故障樹診斷與專家系統(tǒng)診斷兩種方法的相互結(jié)合，可以有效地解決過去曾發(fā)生過的各 種故障的診斷問題，但對于首次發(fā)生的新故障，由于故障診斷樹和專家系統(tǒng)規(guī)則庫中缺 乏相應(yīng)的診斷知識，所以系統(tǒng)依然不具備處理能力。為此，F(xiàn)DD系統(tǒng)開發(fā)中進(jìn)一步應(yīng)用了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）技術(shù)，用以解決兩個(gè)問題：根據(jù)新的故障樣本自動(dòng)學(xué)習(xí)和訓(xùn)練、

32、 更新故障診斷知識，并形成新的故障診斷規(guī)則添加到專家系統(tǒng)知識庫中；以及直接調(diào)用 ANN診斷模塊實(shí)現(xiàn)故障診斷。由于系統(tǒng)的故障機(jī)理（即故障現(xiàn)象與故障原因之間的關(guān)系）往往隱含于故障實(shí)例中， 通過一些故障實(shí)例（稱為故障樣本）對 ANN進(jìn)行學(xué)習(xí)訓(xùn)練，可以建立起系統(tǒng)的故障診斷 模型，而故障診斷的推理規(guī)則則隱含于 ANN的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)權(quán)值之中。應(yīng)用ANN技術(shù)建立故障診斷系統(tǒng)涉及的關(guān)鍵問題包括網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造、學(xué)習(xí)算法和學(xué)習(xí)樣本等。該FDD系統(tǒng)采用三層BP網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)的輸入節(jié)點(diǎn)根據(jù)診斷特征參數(shù)確定，輸出節(jié) 點(diǎn)根據(jù)故障原因確定。系統(tǒng)初始建立時(shí)采用了本文7.2節(jié)中的所有故障現(xiàn)象作為診斷特征 參數(shù)，它們構(gòu)成了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的

33、輸入節(jié)點(diǎn)；采用了本文7.3節(jié)中的常見故障原因作為網(wǎng)絡(luò)的 輸出。應(yīng)予說明的是，針對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷功能，該FDD系統(tǒng)中另外設(shè)置了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造模塊，因此，當(dāng)出現(xiàn)新的診斷特征參數(shù)或者新的故障原因時(shí)可以通過重新設(shè)置輸入 節(jié)點(diǎn)、輸出節(jié)點(diǎn)和隱含層節(jié)點(diǎn)，隨時(shí)構(gòu)造新的故障診斷神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。ANN的學(xué)習(xí)采用集成BP算法，該算法將ALMS與PRP兩種算法相互結(jié)合，對于復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以顯著地 提高學(xué)習(xí)訓(xùn)練的速度。ANN學(xué)習(xí)訓(xùn)練所需的故障樣本則來自于已有的故障實(shí)例，它們通 過故障機(jī)理分析和專家經(jīng)驗(yàn)收集整理獲得，同時(shí)故障的歷史記錄資料也構(gòu)成了 ANN學(xué)習(xí)樣本的一部分。故障樣本存放在 ACCESS數(shù)據(jù)庫中，可以在應(yīng)用中添加

34、、刪除和更新。 為了有效地將ANN故障診斷功能與專家系統(tǒng)診斷相結(jié)合，在該FDD系統(tǒng)中ANN樣本集 與專家系統(tǒng)診斷知識庫共用同一個(gè)數(shù)據(jù)庫，以多維關(guān)系表的格式存儲(chǔ)。該FDD系統(tǒng)的ANN故障診斷功能由四個(gè)模塊組成：用戶界面、故障樣本集（知識 獲?。NN故障模型（知識庫）和故障推理。故障推理由ANN從網(wǎng)絡(luò)輸入（故障現(xiàn)象） 到輸出（故障原因）的映射過程實(shí)現(xiàn)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用有效地解決了系統(tǒng)故障診斷知識的自動(dòng)更新、專家系統(tǒng)故障診 斷規(guī)則自我補(bǔ)充完善的問題，從而顯著地增強(qiáng)了系統(tǒng)的應(yīng)用性能。7. 3. 4離線式診斷系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及輔助功能基于上述各種故障診斷方法，提升機(jī)的FDD系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖7-3所示

35、。該系統(tǒng) 中，對于特定的故障現(xiàn)象，可以分別調(diào)用故障樹診斷、專家系統(tǒng)規(guī)則診斷以及ANN診斷 三種不同的方法完成故障診斷任務(wù)。圖中，除了應(yīng)建立完備而有效的故障診斷功能之外， 還應(yīng)該具有操作方便、界面清晰、 系統(tǒng)易于維護(hù)、能提供故障處理建議方案等多方面的性能。本文對這些問題給予了充分的考慮，主要能包括:（1）故障記錄集管理：該記錄集以 ACCESS數(shù)據(jù)庫格式存放，保存了系統(tǒng)歷次運(yùn)行的故 障現(xiàn)象、參數(shù)、原因、發(fā)生時(shí)間和船名、當(dāng)班輪機(jī)員、處理結(jié)果等信息。這些信息一方面作為歷史檔案，同時(shí)也構(gòu)成了今后 ANN訓(xùn)練的樣本集。它可由主管人員維護(hù)、修改、. 故障樹故障樹結(jié)構(gòu)庫診斷方法打印輔助功能：查詢、打印聯(lián)機(jī)幫

36、助系統(tǒng)維修記錄數(shù)據(jù)備份診斷結(jié)果圖形顯示 技術(shù)管理學(xué)習(xí)模塊 <故障記錄集,圖7-3離線式提升機(jī)故障診斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖（2） 數(shù)據(jù)備份：定時(shí)備份系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫內(nèi)容。（3） 查詢：可根據(jù)故障類型、船名、時(shí)間，分類查詢故障信息。（4）聯(lián)機(jī)幫助：可提供系統(tǒng)在線實(shí)用指南，從而便于操作者充分實(shí)用本系統(tǒng)開發(fā)的所有各項(xiàng)功能。（5）診斷結(jié)果的圖形顯示：工程技術(shù)人員習(xí)慣于從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖、控制流程圖等圖紙資料出發(fā)查找故障并制定維修方案。為此， 該 FDD 系統(tǒng)中專門設(shè)置了診斷結(jié)果的圖形顯示功能，它可以根據(jù)故障診斷的結(jié)果在軟件化的圖紙上顯示出可能的故障部位。7 4 提升機(jī)在線式監(jiān)控與診斷方法8 41 信息融合技術(shù)及在故障

37、診斷系統(tǒng)中的應(yīng)用信息融合是多源信息處理的一項(xiàng)新技術(shù),它能將來自某一目標(biāo)的多源信息加以智能化合成,產(chǎn)生比單一信源更精確、更完全的估計(jì)和判斷?！靶畔⑷诤稀币辉~是 70 年代初期美國最早提出的，并與80 年代建立其技術(shù)。進(jìn)來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，更引起世界范圍那的普遍關(guān)注，在美、英、日、德、意等國家已開發(fā)出一些實(shí)用的系統(tǒng)。應(yīng)用信息融合最多的是對多傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行多級別、多方面、多層次的處理，其主要好處可以歸納為如下幾點(diǎn)。（ 1）與只使用一種傳感器相比，多傳感器信息融合處理后可以獲得比有關(guān)周圍環(huán)境更為準(zhǔn)確，更全面的信息。（ 2）一組相似的傳感器采集的信息存在冗余性，這種冗余信息的適當(dāng)融合可

38、以在總體上降低信息的不確定性。這是因?yàn)槊總€(gè)傳感器的噪聲是相關(guān)的，融合處理后可明顯地一直噪聲，降低不確定性。（ 3）不同類型傳感器采集地信息具有明顯地互補(bǔ)性，某些傳感器提供密集的信息，例如攝像機(jī)給出的灰度或彩色信息；另一些傳感器給出的是稀疏的信息，例如體視方法給出的21/2 維距離的信息。這種互補(bǔ)性經(jīng)過適當(dāng)?shù)奶幚砗罂梢匝a(bǔ)償單一傳感器的不準(zhǔn)確性和測量范圍的局限性。（ 4）多傳感器集成可增加系統(tǒng)的可靠性，某個(gè)或某幾個(gè)傳感器失效時(shí)，系統(tǒng)仍能正常工作。（ 5）與單獨(dú)使用各種傳感器相比，多傳感器信息融合技術(shù)可以更迅速、更經(jīng)濟(jì)地獲取有關(guān)環(huán)境地多種信息。故障診斷就是一個(gè)多源信息融合過程，故障診斷的信息不但來自

39、于傳感器就地測量數(shù)據(jù)，還包括某些知識、某些中間結(jié)果，這些信息可能相同、相思或不同，分別稱為冗余信息、交叉信息、互補(bǔ)信息。另一方面，故障診斷中來自傳感器的信息是最原始信息，利用這些信息可提出一些有關(guān)系統(tǒng)故障的特征，稱為故障表征，然后由故障表征及系統(tǒng)的知識，進(jìn)行更詳細(xì)的診斷，判斷系統(tǒng)是否有故障及故障源的性質(zhì)。7 4 2 在線式監(jiān)控與診斷系統(tǒng)信息獲取策略信息是故障診斷的源泉，按信息不同來源劃分為原始信息、一次信息和二次信息。(1)原始信息Io :當(dāng)t=tk+1時(shí)，由twtk的信息總和重構(gòu)成原始信息集，主要包括系統(tǒng) 先驗(yàn)知識及“過時(shí)”的工況信息，由人工方式離線獲取并存入計(jì)算機(jī)中，其容量是單調(diào)遞增的。(

40、 2)一次信息I1( t) : 為系統(tǒng)的實(shí)時(shí)信息，大部分由傳感器采樣提供，是系統(tǒng)狀態(tài)判斷及采取措施的最直接判據(jù)，為獲取可靠的一次信息，本文采用了“三中取二”的表決算法,如圖7-4所示。圖中，1#,2#和3#傳感器分別以不同方式對同一故障源進(jìn)行采樣。例如對高壓跳閘故障源，1#傳感器可選為斷路器觸點(diǎn)，2#傳感器可選為電纜感應(yīng)式狀態(tài)開關(guān)，3#傳感器可選為失壓脫扣觸點(diǎn)；P1, P2和P3為駐留在三臺PLC中的信箱，分別存放1#, 2掰口 3#傳感器的信息。V為駐留在三臺PLC中的軟件表決器，對P1, P2和P3三個(gè)信箱中 的信息進(jìn)行“三中取二”表決。(3)二次信息I2 :由I1 (t)和I0經(jīng)集成或融

41、合后產(chǎn)生，已彌補(bǔ)所掌握信息的不完備性，具備冗余性、互補(bǔ)性和低成本性，在提升機(jī)故障診斷系統(tǒng)中，二次信息的獲取主要采用綜合、均值法、狀態(tài)預(yù)測及產(chǎn)生式規(guī)則等方法。8 4 3 提升機(jī)故障表現(xiàn)形式及診斷算法提升機(jī)由機(jī)械設(shè)備、液壓制動(dòng)裝置和電氣控制系統(tǒng)三部分構(gòu)成，根據(jù)提升機(jī)工藝和運(yùn)行特點(diǎn)，常見的故障源有100 多種，由此產(chǎn)生的故障征兆有高、低壓跳閘、緊急停車、不能起動(dòng)、超速、欠速、系統(tǒng)振蕩、安全回路斷開等，按故障征兆與故障源的對應(yīng)關(guān)系，提升機(jī)故障可歸結(jié)為三類：( 1)征兆與故障源一一對應(yīng)對于獨(dú)立對象或其它機(jī)構(gòu)關(guān)系松散的部件發(fā)生異常時(shí)，表明相應(yīng)的對象為故障源。圖7-4 信息獲取的“三中取二”表決算法(2)多

42、征兆對應(yīng)單故障源這類故障發(fā)生時(shí)，表現(xiàn)多種征兆，如一些動(dòng)態(tài)故障發(fā)生時(shí)，其電樞電流、磁場電 流、提升速度、變壓器溫度都可能異常。(3)單一征兆對應(yīng)多個(gè)可能故障源因此，進(jìn)行故障診斷時(shí)并不一定要獲得系統(tǒng)故障的所有表征，而且這些往往也是 不太可能的，因?yàn)檫@樣做需要眾多的檢測量，將增加檢測代價(jià)。要準(zhǔn)確可靠地進(jìn)行故障 診斷，仍然需要足夠地故障表征(至少應(yīng)覆蓋所有的故障源)。一般來說，檢測量越多， 診斷結(jié)果越可靠。如果檢測數(shù)量數(shù)目受到限制，就需要很詳細(xì)的系統(tǒng)模型、故障源及故 障表征的知識，才能利用較少的檢測量，甚至單個(gè)檢測量來完成對眾多故障的診斷。用于故障診斷的方法稱為故障診斷策略，故障診斷策略包括檢測系統(tǒng)是

43、否存在故障、 識別故障的表征和故障的性質(zhì)(故障源、故障大小等)。為了便于討論，故障源集用F = fi (i =1,2,)表示，故障表征集用S = si (i =1,2,)表示，系統(tǒng)無故障時(shí)，其表征 記為so,故障表征純集(某一故障源特有的故障表征)用 SP=si(i=1, 2,)表示, 例如，圖75中的si、S2是故障源fi的故障表征純集。因此，故障診斷實(shí)際上就是根據(jù)測量所獲得某些故障表征 S,以及系統(tǒng)故障源與故障表征之間的映射關(guān)系 Mfs （見圖75）,找出系統(tǒng)的故障源的過程。實(shí)際上，映射 Mfs 構(gòu)成了系統(tǒng)故障診斷的必須知識。M FS F S圖75故障源與故障表征之間的映射關(guān)系為了充分利用

44、檢測量所提供的信息，在可能的情況下，可以對每個(gè)檢測量采用多種 診斷方法進(jìn)行診斷，這一過程稱為局部診斷，將各種診斷方法所得結(jié)果加以綜合，則稱 為局部融合。將各局部診斷結(jié)果進(jìn)一步綜合，得出系統(tǒng)故障診斷的總體結(jié)果，稱為全局 診斷融合，這一過程可用圖7 5描述。局部融合全局融合圖7-5信息融合診斷結(jié)構(gòu)框圖7. 5直流提升機(jī)智能故障診斷系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)硬件環(huán)境由城郊礦副井提升機(jī)全數(shù)字電控系統(tǒng)構(gòu)置，如下圖 7-6所示:圖7-6直流提升機(jī)智能故障診斷系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖中：（1） 1#PLC4#PLC完成數(shù)據(jù)采集與傳輸任務(wù)。（2）上位機(jī)依據(jù)PLC傳輸來的信息，完成對大型提升機(jī)的故障診斷。7. 5. 1 PLC硬件配置

45、1#4#PLC的模塊配置基本相同，主要包括：1、中央處理單元（CPU模塊）用于輸入信號狀態(tài)，處理控制程序及控制信號的輸出，該模塊具有豐富的邏輯運(yùn)算 指令和算術(shù)功能，可以滿足對處速度有快速要求的場合。2、過程控制接口模塊包括數(shù)字量輸入/輸出模塊，模擬量輸入/輸出模塊，系統(tǒng)的數(shù)字量輸入接口模塊將過 程送來的外部數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成 PLC內(nèi)部信號電平；數(shù)字量輸出模塊將PLC內(nèi)部信號電平 轉(zhuǎn)換成過程所要求的外部信號電壓，以滿足不同輸出要求。對于模擬量的輸入/輸出控制, 一般采用土 10V電壓信號，以便于進(jìn)行控制。3、位置控制接口模塊提升機(jī)的運(yùn)行控制實(shí)際上是一種位置控制過程，因此對于提升容器位置信號的獲取

46、極為重要。這里選用高速計(jì)數(shù)模塊對來自于過程的脈沖信號進(jìn)行計(jì)數(shù)和監(jiān)視，以獲取提 升容器的實(shí)際位置和速度，繼而進(jìn)行行程監(jiān)視，位置信號的發(fā)送和位置閉環(huán)控制。4、電源模塊該電源模塊接上主電源給PLC供電，也可以給控制系統(tǒng)中其它工作模塊及電路供電。7. 5. 2 上位機(jī)硬件配置上位機(jī)用于監(jiān)控提升系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)， 即時(shí)反映故障發(fā)生情況，保存故障信息。它可顯示箕斗位置、提升速度及速度圖、高低壓供電回路、液壓制動(dòng)系統(tǒng)和故障信息等 畫面。反映提升機(jī)所有的運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)以及故障類型和故障發(fā)生時(shí)間，使司機(jī)對 提升機(jī)的運(yùn)行狀況一目了然，從而實(shí)現(xiàn)安全、高效地操縱提升機(jī)。1、硬件組成：主機(jī) “研華”工控機(jī)，128

47、MB內(nèi)存，800MHz主頻，20GB硬盤，高速光驅(qū)，3.5英寸軟驅(qū)；顯示器一一21英寸大屏幕彩色顯示器；標(biāo)準(zhǔn)鍵盤和用行鼠標(biāo)。2、軟件組成：操作系統(tǒng)MircoSoft WIN2000視窗系統(tǒng)；開發(fā)工具M(jìn)ircoSoft Visual Basic 5.0專業(yè)版或企業(yè)版；應(yīng)用軟件一一立井提升系統(tǒng)上位機(jī)監(jiān)控軟件。7. 5. 3上位機(jī)與PLC的通信連接上位機(jī)與PLC的通信采用標(biāo)準(zhǔn)RS485通信方式，在上位機(jī)一端，使用一個(gè) RS 232至RS 485轉(zhuǎn)換裝置，在PLC一端，使用一個(gè)通訊模塊。如圖 7-7所示。上位機(jī)TXD RXDRXD TXDPLC圖7-7RS232/RS485通信轉(zhuǎn)換RS485只需要2根

48、數(shù)據(jù)線TXD和TXD來發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)，但通信雙方不能同 時(shí)收發(fā)（即只能采用半雙工值）o由于只有2個(gè)數(shù)據(jù)線而無硬件握手信號線，所以只能采 用軟件握手的通信方式來保持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)耐?。為了保證通信的安全性，必須對傳送的 數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，采用的主要措施是：把所發(fā)送的字節(jié)進(jìn)行異或運(yùn)算后連同要發(fā)送的有效 數(shù)據(jù)一起發(fā)送。接收方收到后，同樣進(jìn)對所接受的有效數(shù)據(jù)進(jìn)行異或處理，并把處理結(jié) 果與接收到的異或字符相比較，如果兩者不相等，就認(rèn)為傳輸數(shù)據(jù)出錯(cuò)。對于檢驗(yàn)到出 錯(cuò)的數(shù)據(jù)采取放棄的措施，并立即發(fā)送反饋信號給上位機(jī)要求重新發(fā)送數(shù)據(jù)。同時(shí)，為 了避免出現(xiàn)同時(shí)等待接收的情況而引起死循環(huán)，在上位機(jī)的接收程序中加入了一

49、段延時(shí) 代碼，作為等待時(shí)間的監(jiān)測，一旦超過規(guī)定的等待時(shí)間，就認(rèn)為上下位機(jī)陷入了同時(shí)等 待接收的情況。此時(shí)讓上位機(jī)先發(fā)送數(shù)據(jù)打破僵局以便使通信順利進(jìn)行。上下位機(jī)的通 信流程圖分別如圖7-8和圖7-9所示。圖7-8上位機(jī)通信程序流程圖圖7-9下位機(jī)通信流程圖7. 6基于VB的直流提升機(jī)故障診斷系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)7 6 1 VB 的開發(fā)環(huán)境在Visual Basic出現(xiàn)之前，各種程序語言的編程概念基本是一致的，所不同的只是語言關(guān)鍵字，語法以及一些細(xì)節(jié)問題。Visual Basic 的出現(xiàn)帶來了編程的心思想、心概念和新方法，它非常適于編寫windows 應(yīng)用程序，使原本艱深復(fù)雜的windows 編程變得輕松

50、多了。用某些編程者的話說，Visual Basic是一種“應(yīng)用程序的構(gòu)成框架" 。Windows應(yīng)用程序的所有基本組成部分在Visual Basic 種都可得到，編程者可以拿來即用，而不必專門為顯示一個(gè)對話框而編寫大段程序，這樣可以避免大量的重復(fù)勞動(dòng)，吧寶貴的時(shí)間花在實(shí)現(xiàn)程序的特殊功能上。這種編程思想與小孩搭積木非常相似，Visual Basic 提供的軟件構(gòu)件就相當(dāng)于積木塊，用Visual Basic構(gòu)件編程就相當(dāng)于用積木搭出各種各樣的積木玩具。用軟件構(gòu)成編寫程序的方法越來越受到人們的重視。軟件構(gòu)件并不是一個(gè)新東西，它在過去的很長時(shí)間就已經(jīng)有了，只不過可能稱呼不同而已。如今wind

51、ows 編程的復(fù)雜性使之成為必須，而以Visual Basic為代表的高水平編程工具的發(fā)展使之成為可能。軟件構(gòu)件是一種完成特定任務(wù)的“自包含”軟件模塊。它要完成的認(rèn)為可能非常簡單，也可能非常復(fù)雜。自包含這一點(diǎn)對于軟件構(gòu)件是非常重要的，因?yàn)槊總€(gè)構(gòu)件具有獨(dú)立性，使用者可以從中獲得很大的好處，在編程時(shí)可以將各構(gòu)件直接插入到程序中而不會(huì)有任何麻煩。可以利用的軟件構(gòu)件越多，編程越容易。Visual Basic可以使用三個(gè)層次的軟件構(gòu)件，第一層次是在Visual Basic安裝自帶的一些構(gòu)件，這些構(gòu)件都是windows 應(yīng)用程序最常見的組成部分，編程者可以直接把它們用到自己的程序中去。第二層次中，Visu

52、al Basic 容許創(chuàng)建編程者自己的軟件構(gòu)件。當(dāng)編程者逐漸獲得更多的編程經(jīng)驗(yàn)后，可能會(huì)發(fā)現(xiàn)自己在不同的程序中干著相同的事情，這正是傳統(tǒng)的windows 編程使人陷入困境之處。Visual Basic 向編程者提供了創(chuàng)建自包含構(gòu)件的工具，編程者可以把經(jīng)常重復(fù)的部分制成一個(gè)構(gòu)件，在重復(fù)使用時(shí)可以像前面所述那樣，在程序中直接使用該構(gòu)件。Visual Basic中第三層次的軟件構(gòu)件是一些定制的軟件被稱為OCX或OBX控件。它們多數(shù)由其它軟件公司或個(gè)人為Visual Basic開發(fā)而成，使用方法和其它構(gòu)件一樣，用戶可以購買獲得，有些也可以免費(fèi)獲得。Visual Basic 程序設(shè)計(jì)的最新形式，受到了編

53、程人員的廣泛歡迎，這是因?yàn)樗軌蜻_(dá)到陳許設(shè)計(jì)必須盡力達(dá)到的四個(gè)目標(biāo)：（ 1）可檢驗(yàn)性（ 2）可修正性（ 3）可重復(fù)使用性（ 4）可移植性程序必須可以檢驗(yàn)，這樣才能證實(shí)程序達(dá)到了設(shè)計(jì)期望的功能；程序必須可以修正，這樣設(shè)計(jì)者以及使用者才能調(diào)試修改；程序可以重復(fù)使用，這樣就容許編程者只需寫一次程序，今后使用時(shí)可以重復(fù)使用該程序；程序可以移植，這樣才能以最小的代價(jià)在不同的操作平臺之間轉(zhuǎn)換和移植。Visual Basic 有三種版本： 標(biāo)準(zhǔn)版（STANDARD ） 專業(yè)版（PROFESSION） 企業(yè)版（ENTERPRISE）其中 16位版本的 Visual Basic支持 windows3.1 和 windows95,32位版本的 Visual Basic 支持 windows95 和 windowsNT 應(yīng)用程序的開發(fā)。7 6 2 故障檢測與診斷流程圖故障監(jiān)控和診斷裝置，采用主從式結(jié)構(gòu)。其中，從機(jī)（PLC 部分）主要實(shí)現(xiàn)故障檢測，故相應(yīng)的軟件稱為故障檢測模塊；主機(jī)（上位工控機(jī)）主要實(shí)現(xiàn)故障診斷，故相應(yīng)的軟件稱為故障診斷模塊。1）故障檢測故障檢測由從機(jī)來實(shí)現(xiàn)。在從機(jī)中，開辟了三個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)。第一數(shù)據(jù)區(qū)用來按起動(dòng)閉鎖順序存放的起動(dòng)閉鎖故障；第二數(shù)據(jù)