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1、煤礦機電設備故障診斷技術(shù)及專家系統(tǒng)在煤礦機電中的應用 　　摘要：為了達到能夠使得煤礦機電設備處于一種良好的正常工作狀態(tài)，我們必須要將煤礦機械設備和信息技術(shù)管理方面協(xié)調(diào)統(tǒng)一起來，對煤礦機電設備進行診斷和維修，這樣處理對于煤礦機械的維修管理是相當有必要的。建立礦井調(diào)度室遠程故障診斷及維護系統(tǒng)是解決問題的很好的方法。本文主要介紹了煤礦機電設備故障診斷技術(shù)及專家系統(tǒng)的原理及特點，構(gòu)建了煤礦機電設備診斷專家系統(tǒng)，并對應用結(jié)果進行了分析。 　　關(guān)鍵詞：煤礦機電；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)的科學技術(shù)水平、安全管理水平的不斷提

2、高，綜采機電的模式也發(fā)生了改變，從簡單單一型向綜合復合型轉(zhuǎn)變，這樣對煤礦的職工的素質(zhì)和綜采機電的診斷技術(shù)又提出了更高的要求。綜采機電在開發(fā)礦業(yè)資源、促進礦業(yè)發(fā)展、實現(xiàn)礦山生產(chǎn)現(xiàn)代化的進程中起著十分重要的作用，其中在礦山巖石鉆進、鏟裝、運輸、破碎及選礦等設備中，液壓技術(shù)已得到廣泛的應用。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，煤礦的機械在井下工作時，同樣也會受到井下環(huán)境和作業(yè)空間等因素的影響，使得煤礦機械設備易于發(fā)生故障，甚至事故，使得機械設備的故障率更高；另一個方面，因為煤礦企業(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械的工作空間過小，使得

3、粉塵比較大，而且濕度也加強，更甚至是壓力太大的這樣的環(huán)境下，也給機械設備出現(xiàn)故障的排除增加了更大的困難。尤其新世紀以來，隨著采礦業(yè)規(guī)模日益增大，采礦機械設備也更趨于大型化，連續(xù)化，機電一體化，其性能與復雜程度不斷提高，對設備故障的診斷也更為復雜。因此，為了達到能夠使得綜采機電設備處于一種良好的正常工作狀態(tài)，我們必須要將煤礦機械設備和信息技術(shù)管理方面協(xié)調(diào)統(tǒng)一起來，對綜采機電設備進行診斷和維修，這樣處理對于煤礦機械的維修管理是相當有必要的。建立礦井調(diào)度室遠程故障診斷及專家維護系統(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) 　　設備故障診斷技術(shù)包括故障檢測與故障診斷.通常合

4、在一體統(tǒng)稱為故障檢測和診斷（FDD）。 　　2.1故障的定義和故障診斷的機理 　　設備工作正常是指在煤礦機械設備不出現(xiàn)任何問題，不影響煤礦正常安全生產(chǎn)時，并發(fā)揮了其應有的作用、不會造成一些損失等；設備出現(xiàn)異常是煤礦機械設備在運行的過程中，由于機械設備的內(nèi)部某個部分出現(xiàn)了問題，直接影響到了煤礦機械設備的正常工作，使得機械設備的缺陷進一步被放大，使得機械設備的性能不能發(fā)揮，情況惡化，但是機械設備仍然能夠進行工作。故障則是指當機電設備的某個部分的缺陷發(fā)展到使得機械設備不能正常工作，使得其設備的性能和功能基本喪失的程度。正是因為監(jiān)測與故障是在設備不停機的情況下進行的，所以，最終這些故障都是

5、通過以狀態(tài)信號為依據(jù)。監(jiān)測與診斷就是要快速、準確地提取設備運行時二次效應所反映的特征。 　　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)代測試儀器和計算機為技術(shù)手段，結(jié)合各種診斷對象（系統(tǒng)、設備、機器、裝置、工程結(jié)構(gòu)以及工藝過程等）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)論四個基本環(huán)節(jié)。其基本原理是根據(jù)機械、電氣等設備運行過程中產(chǎn)生的各種信息，判斷設備運行是屬于正常還是異常，識別設備或機器是否發(fā)生故障，并對設備未來狀態(tài)進行預測，確定最合適的維修方案和檢修周期。作為一門交叉性學科領(lǐng)域，故障診斷技

6、術(shù)在過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)得到了成功的應用。而非線性系統(tǒng)的故障診斷是當前故障診斷領(lǐng)域研究的熱點與難點問題。在生產(chǎn)過程中，大型設備發(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、基于信號處理的方法和基于知識的方法三大類。 　　2.2故障診斷過程 　　1）狀態(tài)監(jiān)測。主要是與設備運行有關(guān)的狀態(tài)信號。 　　2）特征提取。就是從設備運行的狀態(tài)信號中發(fā)現(xiàn)并提取一些與設備運行過程中出現(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，并且通過相關(guān)的補充測

7、試等一些輔助性的信息來找到設備故障的位置。 　　4）決策。根據(jù)設備故障特征狀態(tài)，和趨勢，做出決策。設備診斷是經(jīng)過分析處理以獲得最能識別設備狀態(tài)的特征參數(shù)。機械設備運行時產(chǎn)生多種信息，當其功能出現(xiàn)相應的異常信息，機械劣化過程產(chǎn)生的油液成分變化的化學信號等。利用檢測儀器，做出正確的分析和診斷，可以及時預測機器設備可能發(fā)生的故障。 　　2.3設備故障診斷技術(shù)及專家系統(tǒng)概述 　　專家系統(tǒng)是一種以知識為基礎(chǔ)的智能化的故障診斷技術(shù)的應用系統(tǒng)，使用知識與推理過程，求解那些專家才能求解的高難度問題。在采用先進傳感技術(shù)與信號處理技術(shù)的基礎(chǔ)上研制開發(fā)的設備故障診斷專家系統(tǒng)，將現(xiàn)代科學的優(yōu)勢同領(lǐng)域

8、專家豐富經(jīng)驗與思維方式的優(yōu)勢結(jié)合起來，已成為設備診斷技術(shù)發(fā)展的主要方向。如果系統(tǒng)在運行過程中發(fā)生故障，則專家系統(tǒng)很快就可以根據(jù)經(jīng)驗確定故障的原因和部位。這種方法對于復雜系統(tǒng) 　　的故障診斷非常有效。隨著計算機和人工智能技術(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模型的過分依賴性，成為故障診斷的有效方法，并在很多系統(tǒng)中得到了廣泛應用。 　　3、機電故障診斷技術(shù)及專家系統(tǒng)的特點 　　隨著科學技術(shù)的高速發(fā)展，促進了現(xiàn)代維修理論等相關(guān)基礎(chǔ)學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)煤礦機械設備故障的發(fā)生時間、位置等總結(jié)了機電故

9、障診斷技術(shù)及專家系統(tǒng)的特點。我們可以從以下三個方面進行分析。 　　3.I目的明確 　　為了更好的確定機械運行的狀態(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)濟有效的維修方案. 　　3.2實踐性強 　　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，煤礦的機械在井下工作時，同樣也會受到井下環(huán)境和作業(yè)空間等因素的影響，使得煤礦機械設備易于發(fā)生故障，甚至事故，使得機械設備的故障率更高，使用故障診斷技術(shù)，使得處理結(jié)果能夠很快得到實踐驗證。 　　4、煤礦機電設備診斷專家系統(tǒng)的構(gòu)建 　　煤礦機電設備診斷專家系統(tǒng)是利用各種

10、類型的診斷知識通過對監(jiān)測到的信息進行分析、處理，對設備運動狀態(tài)進行判斷和推理的軟件系統(tǒng)。一旦設備發(fā)生異常，它可以通過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程的解釋和故障處理對策，在設備性能下降到一定程度或故障將要發(fā)生之前主動實施維修。它為設備安全、穩(wěn)定、長周期、全性能、優(yōu)質(zhì)運行提供了可靠的技術(shù)和管理保障。司馬煤業(yè)公司機電設備診斷專家系統(tǒng)以設備運行狀況及計算機網(wǎng)絡構(gòu)成為依據(jù)，以數(shù)據(jù)庫技術(shù)和NET技術(shù)為手段開發(fā)，采用C/S模式，應用范圍可涵蓋所有在役設備，主要由設備綜合管理模塊、故障診斷模塊、維修助手模塊、預警提醒模塊等功能模塊或子系統(tǒng)等組成。 　　4.1設備綜合管理模塊

11、 　　設備故障診斷需要大量描述設備狀態(tài)及其演變過程的準確數(shù)據(jù)，即要有足夠的信息用于分析與決策，這就是設備數(shù)據(jù)綜合管理。該模塊管理、存儲所有設備資產(chǎn)清單、設備臺帳圖紙、設備設計數(shù)據(jù)、設備安裝狀況及系統(tǒng)圖、維修歷史數(shù)據(jù)、設備變更與維修記錄、設備狀態(tài)監(jiān)測與診斷數(shù)據(jù)、事故及異常記錄、測點設置、設備可靠性狀態(tài)統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)等等。 　　4.2故障診斷模塊 　　1）專家?guī)炀S護：主要用于維護專家?guī)靸?nèi)的知識和經(jīng)驗，具體的說就是維護選定設備的征兆庫，故障庫以及征兆與故障之間的邏輯關(guān)聯(lián)。 　　2）診斷推理：對選定設備進行故障診斷，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

12、出維修對策。 　　4.3維修助手模塊 　　維修助手中分門別類的存放了關(guān)于設備資料、維修資料、專家資料及應急預案在內(nèi)的所有文件和資料，實現(xiàn)了對與設備相關(guān)的所有文件資料的規(guī)范化統(tǒng)一管理。在需要之時可以迅速找到相關(guān)資料，包括設備說明書、設備性能參數(shù)、設備圖片、設備圖紙、設備視頻、維修作業(yè)標準、維修技術(shù)標準、維修方法、專家資料、應急預案等。為設備的安裝維護，檢查調(diào)試，定期檢修，故障處理，事故應對，專家咨詢等各個方面提供技術(shù)支持和操作幫助。 　　4.4預警提醒模塊 　　1）故障預警：根據(jù)在線監(jiān)測設備采集到的各項性能數(shù)據(jù)和指標對選定設備出現(xiàn)的故障進行預警，以便及早采取措施。

13、　　2）維修提醒：根據(jù)選定設備的維修或維護周期，提醒設備維修人員在合理的時間對設備進行維修或維護。對單一設備，根據(jù)不同運行方式和維修方式，運用技術(shù)經(jīng)濟分析方法，對維修費用、效益進行評估，給出對該設備來說最佳維修時間、維修措施和維修項目，并形成維修決策報告。 　　5、應用與分析 　　在煤礦生產(chǎn)過程中，正是綜采機電故障的多樣性，成因的復雜性和進行故障診斷所需要的知識對診斷策略的依賴性。因此，基于綜采機電自身的工作特性，提出了機電一體化產(chǎn)品的綜采機電遠程故障診斷。因此，傳感信息融合的自適應能力是非常重要的，這樣將有利于提高診斷策略的可靠性。 　　5.1礦井提升機檢測與故障診斷

14、 　　礦井提升機的功能和作用，對于煤礦工作人員來說，這并不陌生，因為礦井提升機是煤礦企業(yè)實現(xiàn)礦井生產(chǎn)、運輸?shù)闹饕O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輸任務。煤礦提升機的安全高效的運行，與煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)和整個煤礦系統(tǒng)人員的生命安全有著密切的關(guān)系。煤礦提升機的故障主要表現(xiàn)在兩個方面，第一個就是“硬故障”，第二個就是“軟故障”等這兩類。硬故障是指由于機電設備在工作過程中，在已經(jīng)設計好的參數(shù)出現(xiàn)了超限，使得機電設備遭到破壞，所以此類故障我們可以通過保護裝置來處理；而“軟故障”需要測量許多設計的工況參數(shù)，并且還需要經(jīng)過數(shù)據(jù)處理才能得出

15、一些診斷結(jié)果出來，但是由于在診斷過程中，測量的數(shù)據(jù)較多，從而導致了起準確性比較低，綜合而言，“軟故障”往往是“硬故障”的前兆。所以，這就說明了“軟故障”的診斷準確性和及時性，對預防“硬故障”有著重要的作用，為了有效的保證礦井提升機的安全高效的為煤礦企業(yè)服務，通過許多科學技術(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的檢測診斷裝置。 　　5.2通風機的檢測診斷技術(shù) 　　在當前情況下，關(guān)于主風機故障檢測診斷方面的相關(guān)產(chǎn)品還不是很多，然而比較典型裝置是KFCA型通風機集中檢測儀、FJZ型礦井主風機在線監(jiān)測與故障診斷儀。FJZ型礦井主風機在線監(jiān)測與故障診斷儀是一個以809

16、機為核心的通風機在線檢測與故障診斷系統(tǒng)，它將主風機在線監(jiān)測與機械故障診斷一體化。8098單片機系統(tǒng)是目前面向控制應用領(lǐng)域性能價格比最高的單片微型計算機系統(tǒng)。 　　系統(tǒng)的主要功能： 　　第一，主要起到實時檢測的功能，主要檢測量：軸心軌跡、軸溫量、負壓、通風機電流，并可巡回顯示。 　　第二，報警、打印。各種參數(shù)報警值可任意設定超限時即可進報警并隨機打印。 　　第三，智能診斷。利用主機內(nèi)專家系統(tǒng)，對通風機常見的“轉(zhuǎn)子”等機械故障進行診斷。故障診斷采用灰度理論對風機故障類型進行快速定位。首先測出通風機敏感部位的振動加速度，并計算其烈度值和功率譜，再根據(jù)設備標準故障模式進行灰色關(guān)

17、聯(lián)度分析，并且按照關(guān)聯(lián)度的大小，以此來診斷通風機的機械故障類型。 　　煤礦機電設備診斷系統(tǒng)在神東已經(jīng)得到實際應用，到目前為止，設備的說明書、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、應急預案等資料和數(shù)據(jù)的錄入工作已經(jīng)基本完成，其他相關(guān)數(shù)據(jù)的錄入和試運行工作進展情況良好。診斷知識庫也正在以大型關(guān)鍵設備為試點，有計劃有步驟地建立和完善。系統(tǒng)的應用對煤礦企業(yè)機電設備資源和技術(shù)資源進行統(tǒng)一集成管理，規(guī)范和完善了現(xiàn)有機電設備管理體系，大大簡化了設備管理和維護的過程，并實現(xiàn)了企業(yè)機電設備的故障智能診斷，提高了設備管理的效率和水平，為企業(yè)帶來了一定的經(jīng)濟和社會效益。它的高效性、科學性

18、對于提高企業(yè)設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)點是：適于人的思維，容易理解，知識可用基本規(guī)則表示，無需輸入大量的細節(jié)知識；個別事實發(fā)生變化時易于修改；能解釋自己的推理過程。然而，在智能診斷專家系統(tǒng)的應用取得初步成果的后面仍存在明顯的局限性，如實現(xiàn)故障診斷的準確度依賴于知識庫中專家知識的豐富程度和專家知識水平高低；建立知識庫困難，有些經(jīng)驗難以通過形式化的方式來描述；當系統(tǒng)規(guī)模較大時還存在著“沖突消解”和“組合爆炸”等問題；推理效率低，缺少自學習和自適應機制。 　　6、結(jié)語 　　設備故障診

19、斷專家系統(tǒng)是煤礦機電設備完好率的重要保障。系統(tǒng)的應用使煤礦機電設備的檢修逐漸實現(xiàn)了預知維修、狀態(tài)維修，以保證機電設備可靠運轉(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，在設備診斷和維修中越來越顯示出其優(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)不斷取得進展并在生產(chǎn)實踐中得到應用，必須和當代的前沿學科相結(jié)合，引入相關(guān)學科中的新思維和新方法，并善于從生產(chǎn)實際中提出問題，歸納提高到理論和方法的高度進行研究和探討。 　　參考文獻： 　　[1]張東初.設備診斷系統(tǒng)的建立及應用[J].鄭州輕工學院學報，1994（12）：45-49. 　　[2]鄧克、方慶琯、葉維明、劉麗萍，礦山機械液壓系統(tǒng)的故障及診斷[J]，金屬礦山，2006 　　[3]郝兵.機電設備管理軟件設計模式探索[J].山西煤科技，2007（4）：6-7. 　　[4]范國偉.故障診斷技術(shù)在礦山設備診斷中的應用[J]，金屬礦山，2000（8）：35-36.