智能故障检测技术在矿井提升机中的应用

魏保玉 茹瑞鹏

【摘 要】论文详细阐述了基于工业组态软件Wincc实现提升机第一故障智能检测的方法。该智能故障检测系统完全独立于提升机电控系统，可与PLC逻辑控制系统并行运行，有助于缩短现场故障诊断时间，提高设备诊断水平及生产效率。论文给出了详细的故障分类、故障源逻辑判断及程序设计流程图。

【关键词】智能故障诊断；远程维护；矿井提升机；首发故障源

中图分类号： TD633 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）27-0036-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.27.016

【Abstract】This paper elaborates the intelligent detection method of the first fault of hoist based on Wincc industrial configuration software. The intelligent fault detection system is completely independent of the elevator control system， and can run in parallel with the PLC logic control system. It is helpful to shorten the field fault diagnosis time， improve the level of equipment diagnosis and production efficiency. The paper gives detailed fault classification， logical judgement of fault source and flow chart of program design.

【Key words】Intelligent fault diagnosis； Remote maintenance； Mine hoist； First failure source

0 前言

随着工业控制系统自动化程度的提高，其电控系统的复杂度、集成度及信息化程度越来越高，同时也导致故障时第一故障源的排查确认越发困难。因此，如何借助智能诊断技术简化现场故障排查难度，提升维护水平及效率是工业控制中一个亟待的技术问题。

本文所述智能故障检测技术，其主要应用对象为矿山立井提升机电控工艺控制系统。当电控系统出现安全回路断开时往往会引发出一系列的故障，电控系统的人机界面中出现多条故障报警记录，维修人员无法及时分清故障原因，即引发安全回路跳车的最初故障无法准确判断。这对现场维修人员排查故障造成了很大困难，极大的影响了安全生产的时间。因此，亟需一种智能故障检测技术以实现第一故障源的智能判断，以期缩短故障排查时间，从而提高生产效率。

1 提升机故障分类与编码

提升机系统主要构成涵盖以下几个主要部分：机械传动系统、制动系统、轴承润滑系统、监视监测系统、工艺保护系统、逻辑控制系统以及其他冷却、配电等辅助设备。系统相对较为庞大，因此故障种类繁多。提升机电控系统故障其故障源肯定已被PLC控制系统监测，从而为智能故障诊断技术的信息提取提供了方便。提升机电控系统常见故障有：（1）PLC本身的软硬件故障，包括IO错误、处理器错误、程序错误、通讯错误、信号模板错误等原因；（2）外围硬件错误，包括各种传感器、外部接口设备等故障。数字控制系统本身的软硬件故障一般可以由其自身完善的自诊断系统判断，如西门子PLC的CPU在线诊断信息中一般可以完成自身的软硬件故障诊断。而外围硬件故障才是故障诊断的重点，如何对外围硬件故障进行归类和检测是智能诊断准确性的根本。

根据提升机工艺控制的要求及特点，对诸如电机温度超限报警、电机冷却风机停机、变压器温度超限报警、深度指示器显示失效、整流装置冷却风机停机等一些不严重影响提升安全的故障，允许提升机完成当次提升循环，故定义其为轻故障；但对诸如硬件安全回路断开、软件安全回路断开、闸控安全回路断开、信号安全回路断开、急停开关断开等一些可能严重影响提升安全的故障，则必须实施紧急停车操作，故定义为重故障。因此，需根据故障严重程度、故障位置、故障前后逻辑等相关信息，对故障进行合理分类，并建立完善的故障分类树，以明确故障发生的内在逻辑关系。

2 智能诊断的設计方法

根据以上对提升机故障内逻辑关系的分析，对所有故障信息进行故障编码，一个故障对应唯一的一个故障编码，以建立系统的故障编码数据库。利用故障树分析方法，分析顶故障和底故障间的逻辑关系，以判断哪个故障是第一故障源，那些故障是由首发故障连带引起的引发故障。从而利用数字控制系统自身的高速运算能力及人机界面灵活的显示功能来实现故障的智能检测与生动指示。为保证原PLC电控系统运行的安全性及稳定性，采用模块化的程序编程，智能诊断程序直接嵌入上位机组态软件中，故障信息的读取通过通讯网络直接从PLC控制系统中获得。因此，该智能故障检测功能的实现对原有电控程序无任何影响，可独立于主控程序运行。

本文所述智能故障诊断技术基于西门子的Wincc组态软件实现，上位机与主控PLC之间通过MPI网络实现故障信息的实时传输。Wincc根据上文所建立的故障数据库及故障树所表明的故障内在逻辑关系，自动判断第一故障源，并将所有故障按照故障发生的先后逻辑顺序在上位机界面中进行实时显示，同时该故障诊断系统也可将提升系统的实时运行状态集成在显示画面内，以进一步方便现场人员的故障分析、排查。

故障诊断设计中，将故障按类别进行整理，通过类别判断进行分层寻找可能引发故障的原因，通过定性识别各类别下的故障原因，整理出对应的逻辑关系网络图。提升机故障排列如图1所示。

在数字控制系统中分配数据区用于存储故障信息，数据区大小由统计的故障数来决定，可预留一部分用于后续增加的故障信息。故障信息按队列的形式进行排列。对触发的故障设置地址指针，地址指针随着故障时间的增加依次递加，即可将其发生按时间原则排列入队列顺序中。具体队列存储实现流程图如图2所示。

3 智能故障监测界面设计

智能故障监测界面的设计以简洁实用为基本原则，首先实现了所有故障按照故障发生先后顺序的自动排序显示，现场维护人员仅需关注排序列表的第一个故障代码即可，从而大大降低了故障排查时间，并实现了多次故障排序的连续记录功能。

为进一步方便现场人员的使用，同时将电控系统软、硬件安全回路以生动的电气原理图的形式动态显示在监控界面中，从而使现场维护人员无需打开PLC程序即可分析相关程序闭锁、逻辑关系；将系统实时运行状态信息，如行程、速度、温度等以图表的形式显示的监控界面，以方便系统分析故障发生的可能原因。

并充分利用了工业组态软件强大的数据记录功能，可方便的进行故障记录、历史数据曲线查询及相关数据表格打印功能，真正做到智能监控。

4 结语语

文中介绍的基于Wincc的提升机智能故障检测技术，在对提升机故障进行详细分类及故障逻辑关系分析基础上，建立了完善的提升故障编码数据，通过故障树分析方法实现了第一故障源的自动智能判断及按照故障发生先后逻辑顺序的自动排序，采用Wincc组态软件进行了逻辑编程实现及监控界面的显示。现场运行实践证明了可方法的可行性和第一故障源检查的准确性，可有效提高故障排查效率。

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