摘要：爲了達到能夠使得煤礦機電設備處於一種良好的正常工作狀態，我們必須要將煤礦機械設備和資訊技術管理方面協調統一起來，對煤礦機電設備進行診斷和維修，這樣處理對於煤礦機械的維修管理是相當有必要的。建立礦井調度室遠程故障診斷及維護系統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及專家系統的原理及特點，構建了煤礦機電設備診斷專家系統，並對應用結果進行了分析。
關鍵詞：煤礦機電；故障診斷技術及專家系統；診斷；維修
1、前言
隨着礦山開採技術的不斷髮展和煤礦企業的科學技術水平、安全管理水平的不斷提高，綜採機電的模式也發生了改變，從簡單單一型向綜合複合型轉變，這樣對煤礦的職工的素質和綜採機電的診斷技術又提出了更高的要求。綜採機電在開發礦業資源、促進礦業發展、實現礦山生產現代化的進程中起着十分重要的作用，其中在礦山岩石鑽進、鏟裝、運輸、破碎及選礦等設備中，液壓技術已得到廣泛的應用。但是，正是由於煤礦企業的工作環境的限制，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境和作業空間等因素的影響，使得煤礦機械設備易於發生故障，甚至事故，使得機械設備的故障率更高；另一個方面，因爲煤礦企業的生產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，使得粉塵比較大，而且溼度也加強，更甚至是壓力太大的這樣的環境下，也給機械設備出現故障的排除增加了更大的困難。尤其新世紀以來，隨着採礦業規模日益增大，採礦機械設備也更趨於大型化，連續化，機電一體化，其性能與複雜程度不斷提高，對設備故障的診斷也更爲複雜。因此，爲了達到能夠使得綜採機電設備處於一種良好的正常工作狀態，我們必須要將煤礦機械設備和資訊技術管理方面協調統一起來，對綜採機電設備進行診斷和維修，這樣處理對於煤礦機械的維修管理是相當有必要的。建立礦井調度室遠程故障診斷及專家維護系統是解決問題的很好的方法。
2、故障診斷技術及專家系統
設備故障診斷技術包括故障檢測與故障診斷.通常合在一體統稱爲故障檢測和診斷（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任何問題，不影響煤礦正常安全生產時，併發揮了其應有的作用、不會造成一些損失等；設備出現異常是煤礦機械設備在執行的過程中，由於機械設備的內部某個部分出現了問題，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。正是因爲監測與故障是在設備不停機的情況下進行的，所以，最終這些故障都是透過以狀態信號爲依據。監測與診斷就是要快速、準確地提取設備執行時二次效應所反映的特徵。
故障診斷技術是以可靠性理論、資訊論、控制論和系統論爲理論基礎，以現代測試儀器和計算機爲技術手段，結合各種診斷對象（系統、設備、機器、裝置、工程結構以及工藝過程等）的特殊規律逐步形成的一門新技術，主要包括檢查和發現異常、診斷故障狀態和部位、分析故障類型、提出診斷決策方案及診斷結論四個基本環節。其基本原理是根據機械、電氣等設備執行過程中產生的各種資訊，判斷設備執行是屬於正常還是異常，識別設備或機器是否發生故障，並對設備未來狀態進行預測，確定最合適的維修方案和檢修週期。作爲一門交叉性學科領域，故障診斷技術在過去的幾十年裏得到了飛速發展，一些新的理論與方法已經得到了成功的應用。而非線性系統的故障診斷是當前故障診斷領域研究的熱點與難點問題。在生產過程中，大型設備發生的故障是各種各樣的，而根據系統採用的特徵描述和決策方法的差異，形成了不同的故障診斷方法，具體可分爲基於解析模型的方法、基於信號處理的方法和基於知識的方法三大類。
2.2故障診斷過程
1）狀態監測。主要是與設備執行有關的狀態信號。
2）特徵提取。就是從設備執行的狀態信號中發現並提取一些與設備執行過程中出現的故障及相關的特徵資訊。
3）故障診斷。故障診斷就是根據之前所獲取的資訊，並且透過相關的補充測試等一些輔助性的資訊來找到設備故障的位置。
4）決策。根據設備故障特徵狀態，和趨勢，做出決策。設備診斷是經過分析處理以獲得最能識別設備狀態的特徵參數。機械設備執行時產生多種資訊，當其功能出現相應的異常資訊，機械劣化過程產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生的故障。
2.3設備故障診斷技術及專家系統概述
專家系統是一種以知識爲基礎的智能化的故障診斷技術的應用系統，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。在採用先進傳感技術與信號處理技術的基礎上研製開發的設備故障診斷專家系統，將現代科學的優勢同領域專家豐富經驗與思維方式的優勢結合起來，已成爲設備診斷技術發展的主要方向。如果系統在執行過程中發生故障，則專家系統很快就可以根據經驗確定故障的原因和部位。這種方法對於複雜系統
的故障診斷非常有效。隨着計算機和人工智能技術的發展，專家系統診斷方法的智能化不斷提高，它克服了基於模型的故障診斷方法對模型的過分依賴性，成爲故障診斷的有效方法，並在很多系統中得到了廣泛應用。
3、機電故障診斷技術及專家系統的特點
隨着科學技術的高速發展，促進了現代維修理論等相關基礎學科理論和各種檢查技術的發展，並且工藝手段也在不斷的更新和完備。根據煤礦機械設備故障的發生時間、位置等總結了機電故障診斷技術及專家系統的特點。我們可以從以下三個方面進行分析。
3.I目的明確
爲了更好的確定機械執行的狀態、檢查相關部位的故障情況，從而可以分析出故障所發生的原因，並且可以根據原因制定經濟有效的維修方案.
3.2實踐性強
正是由於煤礦企業的工作環境的限制，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境和作業空間等因素的影響，使得煤礦機械設備易於發生故障，甚至事故，使得機械設備的故障率更高，使用故障診斷技術，使得處理結果能夠很快得到實踐驗證。
4、煤礦機電設備診斷專家系統的構建
煤礦機電設備診斷專家系統是利用各種類型的診斷知識透過對監測到的資訊進行分析、處理，對設備運動狀態進行判斷和推理的軟件系統。一旦設備發生異常，它可以透過推理判斷找出故障的原因和發生故障的位置，最後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生之前主動實施維修。它爲設備安全、穩定、長週期、全性能、優質執行提供了可靠的技術和管理保障。司馬煤業公司機電設備診斷專家系統以設備執行狀況及計算機網絡構成爲依據，以數據庫技術和NET技術爲手段開發，採用C/S模式，應用範圍可涵蓋所有在役設備，主要由設備綜合管理模組、故障診斷模組、維修助手模組、預警提醒模組等功能模組或子系統等組成。
4.1設備綜合管理模組
設備故障診斷需要大量描述設備狀態及其演變過程的準確數據，即要有足夠的資訊用於分析與決策，這就是設備數據綜合管理。該模組管理、存儲所有設備資產清單、設備臺帳圖紙、設備設計數據、設備安裝狀況及系統圖、維修歷史數據、設備變更與維修記錄、設備狀態監測與診斷數據、事故及異常記錄、測點設定、設備可靠性狀態統計分析數據等等。
4.2故障診斷模組
1）專家庫維護：主要用於維護專家庫內的知識和經驗，具體的說就是維護選定設備的徵兆庫，故障庫以及徵兆與故障之間的邏輯關聯。
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，並根據推理結果給出維修對策。
4.3維修助手模組
維修助手中分門別類的存放了關於設備資料、維修資料、專家資料及應急預案在內的所有檔案和資料，實現了對與設備相關的所有檔案資料的規範化統一管理。在需要之時可以迅速找到相關資料，包括設備說明書、設備性能參數、設備圖片、設備圖紙、設備視頻、維修作業標準、維修技術標準、維修方法、專家資料、應急預案等。爲設備的安裝維護，檢查調試，定期檢修，故障處理，事故應對，專家諮詢等各個方面提供技術支援和操作幫助。
4.4預警提醒模組
1）故障預警：根據在線監測設備採集到的各項性能數據和指標對選定設備出現的故障進行預警，以便及早採取措施。
2）維修提醒：根據選定設備的維修或維護週期，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，根據不同執行方式和維修方式，運用技術經濟分析方法，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，並形成維修決策報告。
5、應用與分析
在煤礦生產過程中，正是綜採機電故障的多樣性，成因的複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，基於綜採機電自身的工作特性，提出了機電一體化產品的綜採機電遠程故障診斷。因此，傳感資訊融合的自適應能力是非常重要的，這樣將有利於提高診斷策略的可靠性。
5.1礦井提升機檢測與故障診斷
礦井提升機的功能和作用，對於煤礦工作人員來說，這並不陌生，因爲礦井提升機是煤礦企業實現礦井生產、運輸的主要設備之一。而且還是連接井下和地面的關鍵部位，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執行，與煤礦企業的安全生產和整個煤礦系統人員的生命安全有着密切的關係。煤礦提升機的故障主要表現在兩個方面，第一個就是“硬故障”，第二個就是“軟故障”等這兩類。硬故障是指由於機電設備在工作過程中，在已經設計好的參數出現了超限，使得機電設備遭到破壞，所以此類故障我們可以透過保護裝置來處理；而“軟故障”需要測量許多設計的'工況參數，並且還需要經過數據處理才能得出一些診斷結果出來，但是由於在診斷過程中，測量的數據較多，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”有着重要的作用，爲了有效的保證礦井提升機的安全高效的爲煤礦企業服務，透過許多科學技術人員的不懈努力，取得了很多的可喜成果，並且研製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
在當前情況下，關於主風機故障檢測診斷方面的相關產品還不是很多，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測與故障診斷儀。FJZ型礦井主風機在線監測與故障診斷儀是一個以809機爲核心的通風機在線檢測與故障診斷系統，它將主風機在線監測與機械故障診斷一體化。8098單片機系統是目前面向控制應用領域性能價格比最高的單片微型計算機系統。
系統的主要功能：
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，並可巡迴顯示。
第二，報警、打印。各種參數報警值可任意設定超限時即可進報警並隨機打印。
第三，智能診斷。利用主機內專家系統，對通風機常見的“轉子”等機械故障進行診斷。故障診斷採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，並計算其烈度值和功率譜，再根據設備標準故障模式進行灰色關聯度分析，並且按照關聯度的大小，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在神東已經得到實際應用，到目前爲止，設備的說明書、性能參數、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據的錄入工作已經基本完成，其他相關數據的錄入和試執行工作進展情況良好。診斷知識庫也正在以大型關鍵設備爲試點，有計劃有步驟地建立和完善。系統的應用對煤礦企業機電設備資源和技術資源進行統一集成管理，規範和完善了現有機電設備管理體系，大大簡化了設備管理和維護的過程，並實現了企業機電設備的故障智能診斷，提高了設備管理的效率和水平，爲企業帶來了一定的經濟和社會效益。它的高效性、科學性對於提高企業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，爲提高安全生產管理水平提供了更爲廣闊的空間。
故障診斷專家系統的優點是：適於人的思維，容易理解，知識可用基本規則表示，無需輸入大量的細節知識；個別事實發生變化時易於修改；能解釋自己的推理過程。然而，在智能診斷專家系統的應用取得初步成果的後面仍存在明顯的侷限性，如實現故障診斷的準確度依賴於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，有些經驗難以透過形式化的方式來描述；當系統規模較大時還存在着“衝突消解”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、結語
設備故障診斷專家系統是煤礦機電設備完好率的重要保障。系統的應用使煤礦機電設備的檢修逐漸實現了預知維修、狀態維修，以保證機電設備可靠運轉，爲煤礦企業安全生產提供了有力保障。而專家系統由於其自身特點，在設備診斷和維修中越來越顯示出其優越性，雖然故障診斷技術已得到很大發展，但還存在各種問題有待研究和解決。欲使故障診斷技術不斷取得進展並在生產實踐中得到應用，必須和當代的前沿學科相結合，引入相關學科中的新思維和新方法，並善於從生產實際中提出問題，歸納提高到理論和方法的高度進行研究和探討。
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