智能故障檢測技術在礦井提升機中的應用

魏保玉 茹瑞鵬

【摘 要】論文詳細闡述了基于工業組態軟件Wincc實現提升機第一故障智能檢測的方法。該智能故障檢測系統完全獨立于提升機電控系統，可與PLC邏輯控制系統并行運行，有助于縮短現場故障診斷時間，提高設備診斷水平及生產效率。論文給出了詳細的故障分類、故障源邏輯判斷及程序設計流程圖。

【關鍵詞】智能故障診斷；遠程維護；礦井提升機；首發故障源

中圖分類號： TD633 文獻標識碼： A 文章編號： 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

隨著工業控制系統自動化程度的提高，其電控系統的復雜度、集成度及信息化程度越來越高，同時也導致故障時第一故障源的排查確認越發困難。因此，如何借助智能診斷技術簡化現場故障排查難度，提升維護水平及效率是工業控制中一個亟待的技術問題。

本文所述智能故障檢測技術，其主要應用對象為礦山立井提升機電控工藝控制系統。當電控系統出現安全回路斷開時往往會引發出一系列的故障，電控系統的人機界面中出現多條故障報警記錄，維修人員無法及時分清故障原因，即引發安全回路跳車的最初故障無法準確判斷。這對現場維修人員排查故障造成了很大困難，極大的影響了安全生產的時間。因此，亟需一種智能故障檢測技術以實現第一故障源的智能判斷，以期縮短故障排查時間，從而提高生產效率。

1 提升機故障分類與編碼

提升機系統主要構成涵蓋以下幾個主要部分：機械傳動系統、制動系統、軸承潤滑系統、監視監測系統、工藝保護系統、邏輯控制系統以及其他冷卻、配電等輔助設備。系統相對較為龐大，因此故障種類繁多。提升機電控系統故障其故障源肯定已被PLC控制系統監測，從而為智能故障診斷技術的信息提取提供了方便。提升機電控系統常見故障有：（1）PLC本身的軟硬件故障，包括IO錯誤、處理器錯誤、程序錯誤、通訊錯誤、信號模板錯誤等原因；（2）外圍硬件錯誤，包括各種傳感器、外部接口設備等故障。數字控制系統本身的軟硬件故障一般可以由其自身完善的自診斷系統判斷，如西門子PLC的CPU在線診斷信息中一般可以完成自身的軟硬件故障診斷。而外圍硬件故障才是故障診斷的重點，如何對外圍硬件故障進行歸類和檢測是智能診斷準確性的根本。

根據提升機工藝控制的要求及特點，對諸如電機溫度超限報警、電機冷卻風機停機、變壓器溫度超限報警、深度指示器顯示失效、整流裝置冷卻風機停機等一些不嚴重影響提升安全的故障，允許提升機完成當次提升循環，故定義其為輕故障；但對諸如硬件安全回路斷開、軟件安全回路斷開、閘控安全回路斷開、信號安全回路斷開、急停開關斷開等一些可能嚴重影響提升安全的故障，則必須實施緊急停車操作，故定義為重故障。因此，需根據故障嚴重程度、故障位置、故障前后邏輯等相關信息，對故障進行合理分類，并建立完善的故障分類樹，以明確故障發生的內在邏輯關系。

2 智能診斷的設計方法

根據以上對提升機故障內邏輯關系的分析，對所有故障信息進行故障編碼，一個故障對應唯一的一個故障編碼，以建立系統的故障編碼數據庫。利用故障樹分析方法，分析頂故障和底故障間的邏輯關系，以判斷哪個故障是第一故障源，那些故障是由首發故障連帶引起的引發故障。從而利用數字控制系統自身的高速運算能力及人機界面靈活的顯示功能來實現故障的智能檢測與生動指示。為保證原PLC電控系統運行的安全性及穩定性，采用模塊化的程序編程，智能診斷程序直接嵌入上位機組態軟件中，故障信息的讀取通過通訊網絡直接從PLC控制系統中獲得。因此，該智能故障檢測功能的實現對原有電控程序無任何影響，可獨立于主控程序運行。

本文所述智能故障診斷技術基于西門子的Wincc組態軟件實現，上位機與主控PLC之間通過MPI網絡實現故障信息的實時傳輸。Wincc根據上文所建立的故障數據庫及故障樹所表明的故障內在邏輯關系，自動判斷第一故障源，并將所有故障按照故障發生的先后邏輯順序在上位機界面中進行實時顯示，同時該故障診斷系統也可將提升系統的實時運行狀態集成在顯示畫面內，以進一步方便現場人員的故障分析、排查。

故障診斷設計中，將故障按類別進行整理，通過類別判斷進行分層尋找可能引發故障的原因，通過定性識別各類別下的故障原因，整理出對應的邏輯關系網絡圖。提升機故障排列如圖1所示。

在數字控制系統中分配數據區用于存儲故障信息，數據區大小由統計的故障數來決定，可預留一部分用于后續增加的故障信息。故障信息按隊列的形式進行排列。對觸發的故障設置地址指針，地址指針隨著故障時間的增加依次遞加，即可將其發生按時間原則排列入隊列順序中。具體隊列存儲實現流程圖如圖2所示。

3 智能故障監測界面設計

智能故障監測界面的設計以簡潔實用為基本原則，首先實現了所有故障按照故障發生先后順序的自動排序顯示，現場維護人員僅需關注排序列表的第一個故障代碼即可，從而大大降低了故障排查時間，并實現了多次故障排序的連續記錄功能。

為進一步方便現場人員的使用，同時將電控系統軟、硬件安全回路以生動的電氣原理圖的形式動態顯示在監控界面中，從而使現場維護人員無需打開PLC程序即可分析相關程序閉鎖、邏輯關系；將系統實時運行狀態信息，如行程、速度、溫度等以圖表的形式顯示的監控界面，以方便系統分析故障發生的可能原因。

并充分利用了工業組態軟件強大的數據記錄功能，可方便的進行故障記錄、歷史數據曲線查詢及相關數據表格打印功能，真正做到智能監控。

4 結語語

文中介紹的基于Wincc的提升機智能故障檢測技術，在對提升機故障進行詳細分類及故障邏輯關系分析基礎上，建立了完善的提升故障編碼數據，通過故障樹分析方法實現了第一故障源的自動智能判斷及按照故障發生先后邏輯順序的自動排序，采用Wincc組態軟件進行了邏輯編程實現及監控界面的顯示。現場運行實踐證明了可方法的可行性和第一故障源檢查的準確性，可有效提高故障排查效率。

【參考文獻】

[1]盧靜.智能化技術在電氣工程自動化中的應用價值[J]. 科技與創新，2015（16）：154-154.

[2]高淑敏，費玉華.基于PLC的動態系統故障診斷與帶故障運行方法[J].北京航空航天大學學報，2004，30（9）：868-871.

[3]深入淺出西門子WinCC V6，SIEMENS.2004.

[4]朱大齊，于盛林.基于故障樹最小割集的診斷方法研究. 數據采集與處理，2002，17（3）：341-344.