堆料機控制系統中故障診斷技術的實現

馬憲勇

摘 要：為科學有效地解決傳統堆料機運行過程中出現的故障，提高堆料系統自動化的可靠性，實現智能診斷技術在堆料機故障診斷中的應用，在堆料機的控制系統中基于專家系統的技術來構建了堆料機故障診斷的信息系統。文章以某接卸煤炭為生產的港口公司為工業現場進行實例分析。

關鍵詞：堆料機；控制系統；專家系統；PLC系統

引言

堆料機是將散狀物料如煤炭、礦石、化工原料在勻化過程中按某種堆料方法將散狀物料連續地堆成料堆的一種機械設備。堆料機主要由堆料機構、旋轉及俯仰裝置、行走機構、門柱及支架、司機室、進料帶式輸送機聯接裝置等部分組成。堆料機按堆料方式來分類的話，主要有懸臂帶式和橋式帶式兩種類型。堆料機的系統設計有自動模式和手動模式兩種運行模式。在自動模式下，系統自動按工作人員已經設定的順序分階段的來啟動堆料機的各子系統，在啟動完成后，堆料機系統開始進行工作，系統停機時按照與啟動順序相反的過程對各子系統進行停止。由于中國社會、經濟、文化以及工業技術的迅速發展，堆料機系統越來越廣泛的應用在大型火力發電廠的煤炭運輸系統、大型糧食儲備基地及糧食的轉運碼頭的運輸系統、大型的散狀物料（水泥、沙子等）儲藏和運輸系統以及大中型的煤炭等礦石碼頭等地，其對中國經濟尤其是工業經濟的發展產生越來越大的促進作用。

然而，由于堆料機的重要性，其在出現各種故障問題時，如果僅僅憑借操作人員的經驗判斷故障的原因有時會產生較大的偏誤，很難對操作的可靠性和準確性進行保障，另外，即使操作人員針對故障的判斷是正確的，準確的解決了堆料機系統的故障，這也僅僅是操作人員針對某個特殊的故障進行判斷，這類經驗僅僅適合堆料機系統出現類似的問題時，才可以借助操作人員的個人經驗的判斷。為此，為了可以及時有效的解決堆料機系統工作過程中的相關故障問題，進一步的提高自動化水平，文章在堆料機無人值守控制系統中應用專家系統技術，設計了一個故障信息的診斷系統。該系統可以在故障發生時推斷出故障出現的可能的原因，并根據自己的判斷來提出一定的解決方案。

1 診斷系統簡介

本診斷系統的工業現場是以接卸煤炭為生產的港口，設備是懸臂帶式堆料機，目前是由司機人為操縱的堆料模式，堆料能力是7780t/h，懸臂皮帶帶寬是2.2米，地面皮帶是2米，目前堆料機的電氣控制系統是由PLC系統進行控制的，故障檢測是由相關電子元件的觸發、檢測等信號通過PLC系統進行連鎖保護。堆料機主要由堆料機構、旋轉及俯仰裝置、行走臺車、門柱及支架、司機室、進料帶式輸送機聯接裝置等部分組成。當煤炭運輸進來以后，翻車機把煤炭放在皮帶輸送機上，皮帶輸送機將煤炭源源不斷的送入堆料場，其中堆料機將煤炭從皮帶運輸機上取下。其中取料機的作用與堆料機相反，取料機是將料堆中的煤炭卻出放入皮帶機上，再有皮帶輸送機運輸到碼頭的運輸船只上。

為了本公司將來可以實現智能的故障診斷技術，文章以無人值守控制系統為方向，設計的控制系統由中央監控室（central monitoring room，CMR）和無人值守監控室（unattended monitoring room，UMR）兩大部分組成。CMR主要是用來監視現場所有的設備運行情況，包括噴水除塵、懸臂皮帶機等各個機構；UMR主要是對堆料機的手動、半自動、全自動操作。整個網絡通過控制網（Control Net）進行集成和傳輸控制信號。同時，為了確保該系統的連續穩健的工作運行，本系統采用控制器硬冗余的方式構建控制系統。

2 故障診斷系統的設計與實現

因為堆料機的工作結構復雜多樣，工業現場的各類保護信號種類繁多，常常會由于一些很小的問題故障致使堆料機系統無法正常的工作。目前的故障處理方式是堆料機出現故障后，主要由操作司機人為進行檢查、核實，并對所有可能的故障一一進行排除，最終在確認具體故障后進行處理和復位，故障體現不明顯，缺點在于不僅費時而且費力。文章構建的故障診斷系統主要基于專家系統的技術手段來進行構建的。當堆料機系統發生故障或停止工作時，PLC工業現場的故障信號通過Control net傳遞到故障監控機，然后最終的故障信號由故障監控機將收集到的故障信號提交給故障診斷系統，最終由故障診斷系統結合堆料機的相關工作流程和參數對故障進行系統分析，對當前故障發生的原因進行推斷，并給出相關的故障解決方案。

2.1 專家庫系統的構建

堆料機的故障診斷專家系統（Fault Diagnosis Expert System，FDES）主要是由知識庫（Knowledge base，KB）、數據庫（database，DB）、推理機、解釋器、知識獲取、人機交互等部分組成，其中知識庫和推理機為FDES的核心結構。知識庫存儲故障診斷的一般知識和領域知識，它包含大量用來解決實際問題的知識規則。

知識獲取模塊（Knowledge acquisition system，KAS）是FDES與相關專家交互的接口，通過KAS與相關專家進行交互，增加KB系統的新信息和新的知識，同時不斷的完善、修正和充實KB中原有的信息和知識，從而提高故障診斷系統的性能。DB系統是用來儲存目標問題的基本原始數據以及在推理的過程中所獲得的各類中間信息。DB系統利用Microsoft SQL Server2008來收集和完善實時數據、歷史數據、故障數據等三個子數據庫。

2.2 故障信息的通信設計

文章的FDES系統利用RSView32軟件來對上位機進行監控，信息并通過Control Net網絡用服務器或客戶端的基本形式基于OPC技術實現對遠程數據系統的訪問和讀取，從而實現了對PLC工業現場故障信號的采集。FDES系統使用RSView32的VB接口用作RSView32與故障診斷信息DB系統的ADO通信，進而利用故障診斷系統的故障信號的分析處理并提出解決方案，文章利用RSView32的VB模塊來編寫OPC客戶端應用程序，主要包括了連接OPC服務器、添加OPC組對象、添加數據項、讀寫同步數據、斷開OPC服務器等基本模塊。

微軟公司的ADO （ActiveX Data Objects） 是一個用于存取數據源的COM組件。它提供了編程語言和統一數據訪問方式OLE DB的一個中間層，允許開發人員編寫訪問數據的代碼而不用關心數據庫是如何實現的，而只用關心數據庫的具體連接方式。ADO中最主要對象是Connection， Command， Record set等3個對象。

3 結束語

堆料機是港口生產的重要機械設備，傳統的堆料機在生產過程中，極容易產生各類故障，不利于及時發現具體的故障部位，也不利于堆料機對實時工況的監測。利用基于專家系統構建的故障診斷系統對堆料機進行改造，能有效減少現場作業人員的投入和工作強度，并能夠及時對堆料機各部件工作狀態和設備工作能力進行監測，能有效的提高生產效率和故障處理效率，具有極高的實踐應用價值。

參考文獻

[1]許建平，崔平，翁正新.基于Factory Talk實時數據和VBA的配方管理[J].測控技術，2006，25（9）：48-50.