矿井提升机故障诊断技术探究

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1、矿井提升机故障诊断技术探究【摘要】针对矿井提升机高可靠性要求，设计了基于故障树的故障诊断系统。利用故障树建立专家系统，解决了知识获取的瓶颈问题。【关键词】故障诊断；提升机；可靠性；故障树0.引言故障检测与诊断系统应该采用的故障诊断方案，是由诊断对象的性质及系统的功能要求决定的。矿井提升机是矿山生产的一种主要设备，提升机故障诊断系统首先要能对常见故障和曾经发生过的故障做出准确诊断，并给出故障处理的建议方案；对历史上虽不曾发生、但实际上可能发生的故障也要具有一定的处理能力。提升机系统的故障现象形形色色，故障原因也多种多样，许多故障现象只能凭操作人员的语言描述，可实时利用的传感器

2、信号较少，为了建立提升机故障诊断系统，综合考察故障树分析法、专家系统、神经网络和信息融合等人工智能的故障诊断方法是必要的。1.故障树分析法故障树分析法（FTA）以不希望系统发生的事件（顶事件）为分析目标，逐层向下追究所有可能的原因，找出系统元件失效、环境影响、人为失误及程序处理硬件和软件因素（底事件）与系统失效顶事件之间的逻辑关系。故障树可用来定性分析各底事件对顶事件发生影响的组合方式和传播途径，识别可能的系统故障模式，也可用来定量计算各组成部分对系统的影响程度，算出整个系统或某一个顶事件的失效概率。位于顶事件和底事件之间的中间事件又称故障事件；底事件位于故障树的底端，其失

3、效数据不再分解。提升机主要故障现象的故障树如图1所示。严重机械故障主要有制动事故、断绳事故和过卷事故；电气故障如主回路过流、控制电源失压、低压电源漏电等。这些故障不仅会严重影响矿井提升机运行，还会造成提升系统装备严重损坏及人身伤亡事故，后果是非常严重的。2•基于故障树的专家系统1.1故障树与专家系统的联系故障树将诊断知识图形化，具有知识表达直观、层次分明的特点，是查找系统故障原因的有效手段。把故障树应用于制动系统故障诊断专家系统，将大大降低知识获取的难度。故障树的顶事件是专家系统要分析解决的任务；故障树的一个最小割集就是系统的一种失效模式，对应于专家系统要推理的一种最终结果

4、；故障树由上到下的逻辑关系对应于专家系统的推理过程，故障树的树枝对应于知识库中的规则，故障树的树枝数等于知识库所包含规则的个数。知识库中的知识来源于故障树。故障树模型是描述诊断对象结构、功能和关系的一种定性因果模型，它体现了故障传播的层次性和因果关系链。这种因果关系链与“If-then…”型故障诊断规则本质上具有一致性，两者之间可以相互转换。由于计算机软件技术迅速发展，面向对象编程OOP(object-orientedprogramming)已成为目前应用软件开发的主导技术。OOP技术可以容易地与故障树模型相结合，从而将故障树模型表示成适当的数据结构。2.2基于故障树的专家

5、知识库提升机故障检测与诊断系统，根据技术资料适当补充开发的基于故障树分析法的故障诊断功能，仍不足以适应所有可能的实际情况，所以调查了许多煤矿主、副井提升机操作人员的经验，获得了20余个其他故障现象、30余种故障原因及相应的故障处理方案，形成了较为丰富的故障诊断知识。为了便于计算机处理、特别是为了能够与采用的故障诊断方法协调运行，系统中采用多维关系表(表1)的形式来组织、存储和利用这些故障知识。表1故障诊断知识库的多维关系描述表1的每一行对应专家系统知识库中的一条故障诊断知识规则。设专家完成诊断所需的信息共有n个方面，对应于多维关系表中的故障现象S1〜Sn；系统中可能的故障原

6、因共有m项，对应于表中的故障原因F1〜Fm。多维关系表适合于采用计算机数据库存储、检索和管理，并且可以容易地与"If…then…"型故障诊断规则相互转化。值得说明的是，在最初建立专家系统时，T］ik（k=l〜m）可以取二值变量，即'，nik=l表示从当前的故障现象组合可以导致发生故障Fk,而tiik=O则表示当前故障现象不可能由故障Fk引起。随着故障诊断知识的逐步积累，nik可以取为闭区间［0,1］内的数值，以进一步描述在当前故障现象下故障发生的可能性。各台提升机的使用年限、结构、运行环境有较大的差别，同一组故障现象在不同提升机上由某种故障原因引起的可能性不完全相同。某台提

7、升机，由某一故障原因确实曾经引发过某种故障现象，则以后对该台提升机同样的故障现象由这一故障原因引起的可能性会明显增大，所以对历史故障记录资料的统计分析是确定多维关系表中nik数值的一个重要依据。此外，当有了新增的故障诊断知识后，nik的数值还可以通过神经网络的学习加以调整。专家系统方法的引入显著地增强了提升机故障检测与诊断系统的处理能力和实用性，不但能够处理提升机系统原始技术资料所提供的几种基本故障，而且对历史上曾经发生过的各种故障都具备诊断能力。同时提高了提升机控制系统的安全性并保证诊断结果的准确可靠。1.结语将