矿用空压机远程监控预警及故障诊断专家系统

刘洋

摘要：采用先进的千兆以太环网通讯技术，以西门子可编程序控制器PLC和上位机组态软件为开发平台，对现场检测元件检测的空压机各检测参数进行采集、分析和实时反馈，实现空压机的远程监控和实时预警；并综合运用SQL Server数据库系统和CLIPS专家系统工具建立相应的故障诊断规则，完成矿用空压机远程监控预警及故障诊断专家系统的设计，提高空压机运行的安全系数和对故障的分析能力。

关键词：以太环网 可编程序控制器 组态 数据库 故障诊断 专家系统

1 概述

随着煤矿现代化的发展，矿山对设备自动化程度的要求越来越高，实现煤矿控制系统的数字化、信息化、智能化和集成化，建设本质安全型和数字化矿山已成为煤矿生产建设的核心。空压机作为煤矿生产的重要设备，其能否安全、稳定的运行对整个煤矿的安全、效益起着举足轻重的作用，因此实现对空压机的实时远程监测、控制、故障诊断和及时维护，保证风压的稳定，对提高生产效率和降低经济成本具有十分重要的意义。

采用上位机组态王6.53软件与现场的可编程序控制器相结合，运用SQL Server数据库和CLIPS专家系统工具，以计算机为工控核心，采用三层集散式结构框架，结合工程实际情况开发设计了一套集远程监测、控制、故障诊断于一身的综合性空压机控制诊断系统，使得系统的稳定性、可靠性和自动化程度都大幅度提高，进而在一定程度上确保空压机运行的安全性、稳定性，以及及时诊断和维护空压机[1]。

2 系统总体结构

通常情况下，对于空压机远程监控预警，以及相应的故障诊断专家系统，在总体结构方面，其现场控制的核心主要是可编程序控制器PLC，该部件的功能是处理传感器采集的空压机各项参数，通过千兆以太环网，将各数据与视频信号，通过采用西门子以太网模块的形式同时传输给上位的监控机，对于空压机的各项参数，在现场同时采用人机界面触摸屏进行实时的显示。空压机各项参数和现场视频通过上位监控机借助组态软件构件动态画面，进而在一定程度上进行实时的监控，同时在数据库中储存各项数据。对于空压机的故障，通常情况下，工程师采用CLIPS软件构件相应的专家系统，通过对故障诊断规则进行综合运用，进而在一定程度上进行一系列的推理分析，进一步快速定位空压机的各项故障，在一定程度上为空压机的安全运行，以及及时的维护奠定基础和提供保障。

3 系统数据采集与处理

对于采集和处理现场数据的系统结构来说，数据采集与处理的核心选择西门子可编程序控制器224XP型号PLC，检测空压机的一、二级排气温度、冷却水温度、润滑油温度以及电机温度通常情况下通过采用PT100系列的wzpj-236一体化温度变送器来实现；同时采用JK系列压力变送器检测空压机的一、二级排气压力、冷却水压力、润滑油压力、储气罐压力；设备维修及预防设备故障通常情况下以空压机电动机的轴振动检测为前提，因此，检测空压机电动机轴振动，本系统通常情况下采用GW-SZD型轴振动监测仪来实现。采用EM231扩展模块采集各模拟量，将4-20mA的电流信号作为检测信号。通过EDA9033A电参数采集模块和互感器采集空压机各项电参数，通过RS485总线与CPU的RS485串口实现多个电参数采集模块之间的连接。采集与处理数据通常情况下，是CPU通过控制程序的编写来实现，并且在一定程度上，通过以太网模块与视频信号将空压机的各项参数同时传输给上位监控机。

4 远程实时监控及预警

对于空压机监控系统动态画面的创建，对于上位监控机来说，通常情况下采用组态王6.53软件来实现，根据上位机系统的主画面显示，在上位监控机上，操作人员可以远程启停控制空压机，同时完成手动、自动之间的切换；通过采用直观数据和趋势曲线方式监控各检测数据：通过参数显示画面，操作员直接实时监控空压机各项参数，对于空压机的历史数据和实时数据等，通常情况下通过趋势曲线画面查看区间段划分形式，作为数据库管理系统SQL Server 2005能够实时存储空压机监测的各项参数和报警信息；对于空压机机房，借助空压机远程监控系统进行实时的视频监控。

5 故障诊断专家系统

以CLIPS专家系统工具为平台，开发空压机故障诊断专家系统，通常情况下，事实库、规则库、推理机三部分共同组成CLIPS的核心，基本的知识表示方式选择产生式规则[2]。在故障诊断系统中，全部引入SQL Server数据库中空压机的所有检测参数，进而在一定程度上实现多参数综合诊断，为了提高故障诊断的精确度，通常情况下将仪表传感器的监测与故障诊断进行结合。

在空压机故障诊断专家系统中，知识库和推理机作为系统的核心所在，通常情况下将数据采集、信号分析、专家诊断、故障预测等多个子系统融合为一身[3]，通常情况下，其组成主要包括：知识库、数据库、人机接口、推理机、知识获取机制和解释机制等。

在整个故障诊断专家系统中，知识库作为核心，通常情况下，知识库连接着系统的各项操作，通过经验知识输入界面，将故障诊断、维修方面的专家经验输入到相应的知识库管理模块中，然后通过知识库转换程序，进而在一定程度上将其存储到知识库中。通常情况下经验知识库中都存储着空压机的故障案例、故障诊断、维修专家等，进而在一定程度上便于在处理实际问题的过程中，直接调用知识库，例如：利用专家系统对空压机的电动机轴振动幅度较大的故障进行诊断时，经专家系统分析故障原因是转子出现平衡不良，通过在知识库中调用相应的故障处理方案，对故障进行处理。对于故障诊断专家系统来说，通常情况下构建知识库是一个循序渐进的过程。系统在运行过程中，需要进行不断的修改和完善，进而不断优化专家系统，进而在一定程度上确保诊断结果的缜密性和精确性[4]。

6 结语

对于空压机的远程实时监控、超限报警以及故障诊断等，通过矿用空压机远程监控预警及故障诊断专家系统进行多系统的集成，借助以太环网，在一定程度上对空压机的远程控制和各运行参数进行实时的远程显示和超限预警；构建空压机故障诊断专家系统，充分利用专家系统开发工具，以及庞大的数据库系统，进而在一定程度上对空压机出现的故障进行分析，进而对空压机的故障类型和故障走向进行准确的判断，并且在一定程度上给出经验处理和维修方案，避免维修的盲目性，同时降低了维修成本，为空压机的安全运行和煤矿的安全生产提供了保证。

参考文献：

[1]于芹，翁正新，苏成.基于现场总线与 PLC的空压机远程监控系统[J].控制系统，2008，24（3）：1-3.

[2]潘全文，艾弘飞，房振旭.专家系统的基本原理和基于CLIPS的专家系统设计与实现[J].飞机设计，2004，12（4）：78-80.

[3]刘璇斐，何国庚，李嘉，徐智求，余勇，涂娅莉.空分系统中空压机系统故障诊断专家系统的研究[J].空压机技术，2006（6）：17-20.

[4]苏中元，贾民平，胡建中，许飞云.基于Web的工程机械故障诊断专家系统设计与实现[J].工业仪表与自动化装置，2006（2）：18-21.