矿井主扇风机远程监测及故障诊断系统

李朕　马晨峰　岳强

摘 要 本系统以西门子S7-200系列PLC作为控制核心，通过应用先进可靠的传感器以及人机界面触摸屏和上位机的组态软件，实现了对主扇风机的性能状态参数、电机的电气参数的实时监测，并采用PowerBuilder9.0系统开发软件构建风机的故障诊断专家系统，实现对风机故障的全面诊断，并提供准确的专家意见和维修方案。

关键词 PLC 人机界面 故障诊断 以太环网

中图分类号：TD44 文献标识码：A

1 系统整体结构

矿井主扇风机远程监测及故障诊断系统总体结构，采用三层集散式结构框架，以可编程序控制器PLC为控制核心，将传感器采集到的风机各项参数经过处理，采用西门子以太网模块将各数据与视频信号同时通过千兆以太环网远传给上位监控机，同时现场采用人机界面触摸屏对主扇风机的各项参数实现现场实时显示，同时可实现对主扇风机的现场控制和参数限值调定。

2 下位机数据采集及控制系统

2.1 数据采集系统

现场数据采集与处理系统以西门子可编程序控制器224XP型号PLC作为数据采集与处理的核心，需要进行检测的项目有两台主扇风机的性能参数、电机的电气参数、轴承温度、电机振动。系统对电机绕组及轴承温度的测量使用电机中的PT100热电阻与EDA9018温度采集模块配合实现，由于风机距离控制柜较远（一般为40m左右），所以采用三线制接法：铂电阻一端接I+，另一端两根线分别接到I-端和AGND。

2.2 人机界面触摸屏

人机界面触摸屏是主扇风机监测系统现场数据显示和控制的面板，根据本系统的设计要求和实际需要，分别对两台主扇风机的数据监测实时画面、运行控制画面、和参数设置画面进行了开发，数据监测画面主要实现对两台主扇风机各项检测参数的现场实时显示，方便工作人员在现场对风机的性能进行全面、直观的了解；运行控制画面可实现对风机的启停控制和风门开关控制等；参数设置画面用于现场工作人员根据实际情况对风机各项参数的限值进行设置，保证对风机超限参数的准确报警。

3 上位机远程监测及预警系统

系统在上位机采用组态软件创建主扇风机的远程监测动态画面，其根据风机的结构进行上位机组态虚拟结构绘图，并创建相应的管道开机流动动画，保证现场操作人员对风机运行状态进行有效地区分，避免误操作。风机远程监测的主画面可实现对两大主扇风机各项检测参数以及运行状态的实时显示，同时并行设置视频监控、数据查询、曲线查询、参数设置等多项功能，实现对风机的多角度综合监测。

4 风机故障诊断专家系统

4.1 知识库

知识库是整个风机故障诊断专家系统的核心，系统的各项操作都必须以知识库为纽带，故障诊断、维修专家可通过经验知识输入界面将专家经验输入至知识库管理模块，再通过知识库转换程序最终存储在知识库中。知识库中存储大量的风机故障案例以及故障诊断、维修专家的经验，在处理实际问题时，专家系统会从知识库中调用相应的知识，例如对主扇风机电机振动的故障诊断，输入风机的故障征兆，“随转速变化明显”和“高转速时显著增大”两条故障征兆，进行一手推理，知识库则会给出相应的推断结果，并给出其可信度值，随着故障征兆的不断细化，则会最终得出精确的系统故障结果。构建主扇风机故障诊断专家系统的知识库是一个循序渐进的过程，不能一蹴而就，在系统实际的运行工作中，还要经过反复的修改和补充，实现专家系统的不断优化，最终才会得到比较缜密和精确的诊断结果。

4.2. 推理机

推理机实际上是一组计算机程序，根据用户在用户界面（人机接口）输入的主扇风机诊断任务来调用知识库中相关的经验知识和规则，再按照一定的规则进行精确化匹配，从知识库中推导出风机的故障原因及维护方法，再以解释程序为平台，向用户解释故障诊断专家系统的行为，回答用户提出的诊断任务。解释程序作为专家系统的一个重要的子系统，有助于用户对风机故障细节的掌握，及时发现专家系统存在的漏洞和错误并进一步改进、完善专家系统。

5 结语

矿井主扇风机远程监测及故障诊断专家系统实现了对两台主扇风机的远程集中控制、风机各项参数远程监测以及故障诊断、推理，将主扇风机的远程实时监控、超限报警以及故障诊断多系统集成化。运用专家系统开发工具和庞大的数据库系统构建风机的故障诊断专家系统，对风机出现的不同故障进行推理分析，准确的判断主扇风机的故障类型和故障走向，并给出相应的经验处理、维修方案，避免了盲目性维修，大大降低了维修成本，保证了主扇风机的稳定运行和煤矿的安全生产。为矿山的安全、稳定运营提供了有效地保障。

参考文献

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