目前防爆液壓絞車普遍采用手動調(diào)速，缺少液壓狀態(tài)監(jiān)測及動態(tài)速度一位置圖。手動調(diào)速方式完全依賴于司機的自身經(jīng)驗，操作隨意性大，導(dǎo)致絞車運行不平穩(wěn)，超速現(xiàn)象時有發(fā)生，嚴(yán)重影響了煤礦的安全生產(chǎn)。煤礦井下惡劣的工作環(huán)境和液壓絞車復(fù)雜的工況，造成其液壓系統(tǒng)故障頻繁?，F(xiàn)場人員對液壓故障的規(guī)律缺乏認(rèn)識，難以預(yù)防各種隨機因素引起的故障和把握故障狀態(tài)，造成液壓系統(tǒng)故障診斷不準(zhǔn)、故障排除時間長，嚴(yán)重影響井下提升作業(yè)效率。
1．系統(tǒng)功能需求
影響液壓絞車安全運行的因素很多，其中以防爆液壓系統(tǒng)的工作狀態(tài)最為關(guān)鍵，同時其故障也最難判斷，因此監(jiān)測系統(tǒng)的主要任務(wù)是監(jiān)測絞車液壓系統(tǒng)的狀態(tài)，并結(jié)合故障智能診斷技術(shù)，診斷液壓系統(tǒng)的故障。
(1)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的功能應(yīng)主要涵蓋以下內(nèi)容。
?、賹崟r監(jiān)測液壓系統(tǒng)的主要狀態(tài)參數(shù)，如絞車滾筒的轉(zhuǎn)速、主要液壓回路的壓力、閘瓦位移、油溫等。
?、诒O(jiān)測控制信號，包括減速點信號、制動信號、開車信號、提升信號和下放信號等。
?、郾O(jiān)測參數(shù)的數(shù)據(jù)處理和在線顯示。
?、軤顟B(tài)數(shù)據(jù)的記錄和存儲，為液壓絞車運行狀態(tài)庫的建立提供信息。
?、莓?dāng)系統(tǒng)運行出現(xiàn)故障、參數(shù)超出正常區(qū)間時，提供聲光報警。
⑥記錄運行管理信息，如操作人員、運行操作時間等信息。
(2)故障診斷系統(tǒng)的功能應(yīng)主要包括以下內(nèi)容。
①根據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)每天記錄的液壓系統(tǒng)狀態(tài)信息，形成防爆液壓絞車運行歷史狀態(tài)庫。
?、诶脷v史狀態(tài)庫，分析提升絞車液壓系統(tǒng)的工作狀況，為液壓系統(tǒng)的檢修維護提供決策信息。
?、弁ㄟ^記錄和分析液壓系統(tǒng)的工作狀況和常見故障，診斷故障的類型和可能的故障位置。
2．狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
根據(jù)系統(tǒng)功能需求，并結(jié)合絞車的運行工況、監(jiān)測技術(shù)、故障診斷技術(shù)和通信技術(shù)等，防爆液壓絞車狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)采用圖5—68所示的結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)由本地監(jiān)測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信和遠程診斷系統(tǒng)三部分組成。
監(jiān)測計算機用于工況數(shù)據(jù)采集、處理、分析、顯示和傳輸，出現(xiàn)故障時報警并記錄故障數(shù)據(jù)。增量式軸編碼器用于將提升絞車速度和位置轉(zhuǎn)換為脈沖電信號，完成速度和位置的測量。傳感器與變送器完成壓力、溫度等物理量信號的傳感與變送。輸人模擬量接口則完成與監(jiān)測計算機的連接。輸入開關(guān)量及接口完成位置校正、設(shè)備啟停等開關(guān)狀態(tài)信號的變換與變送，以及與監(jiān)測計算機的連接。輸出開關(guān)量及接El完成報警器、后備減速等開關(guān)輸出信號的變換與變送，以及與監(jiān)測計算機的連接。電源系統(tǒng)為本地監(jiān)測系統(tǒng)提供所需的各種交直流穩(wěn)壓電源。
診斷計算機、專用診斷軟件和數(shù)據(jù)通信等構(gòu)成遠程診斷系統(tǒng)，實現(xiàn)對防爆液壓絞車的遠程故障診斷。其中，基于專家系統(tǒng)和實例推理的故障智能診斷系統(tǒng)是核心，可實現(xiàn)防爆絞車正常狀態(tài)和故障狀態(tài)記錄與分析。
3．硬件系統(tǒng)
為了實現(xiàn)對
防爆液壓絞車運行狀態(tài)參數(shù)的全面監(jiān)測，并利于工人操作，監(jiān)測系統(tǒng)硬件設(shè)計主要包括監(jiān)測計算機及人機接口設(shè)計、模擬量輸入接口設(shè)計、開關(guān)量輸入/輸出接口設(shè)計及電源系統(tǒng)設(shè)計。其中最重要的是監(jiān)測計算機及人機接口設(shè)計、模擬量輸入接口設(shè)計。
1)監(jiān)測計算機及人機接口設(shè)計
考慮煤礦井下條件及多路模擬量和開關(guān)量監(jiān)測的需要，一般PLC難以滿足要求，而工控機也存在系統(tǒng)復(fù)雜、散熱困難等問題，監(jiān)測計算機選擇嵌入式微型計算機PCI04系列的 SCM--7020，并配備了兩個擴展模塊ADT600，構(gòu)成一個高性能的數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)。
人機接口包括鍵盤、狀態(tài)選擇和顯示器，如圖5—69所示。鍵盤由“ESC”、“十”“一一”和“OK”共4個按鍵組成。狀態(tài)選擇包括檢修與運行、提物與提人4個輸入開關(guān)量。
2)模擬量輸入接口設(shè)計
如圖所示，共有32路模擬量輸入，每8路為一組。模擬量轉(zhuǎn)換原理如圖所示。電氣隔離采用ISO--A4P1297型直流電流信號隔離放大、轉(zhuǎn)換器。它將輸人的直流電流信號按比例轉(zhuǎn)換成直流電壓信號。
4．監(jiān)測系統(tǒng)軟件
監(jiān)測軟件系統(tǒng)基于PCI04，在PCI04 BISO和DOS 6.22下運行，利用C語言和匯編語言開發(fā)，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與處理、故障判別與報警、狀態(tài)與參數(shù)顯示、系統(tǒng)設(shè)置和人機接口等功能。監(jiān)測軟件主要包括系統(tǒng)調(diào)度程序、窗口管理與界面顯示、參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)采集與處理、故障判別、數(shù)據(jù)文件管理等幾部分。
軟件系統(tǒng)功能主要包括：
①行程、速度和加速度計算與曲線顯示。
?、陂l瓦位移測量與磨損補償校正。
?、蹨p速提示。
?、軌毫?、溫度顯示。
?、輬缶崾荆瑢Τ?、過卷進行畫面和聲音報警提示。
?、薏僮鳡顟B(tài)顯示，運行時直接顯示“提人”、“提物”。
?、邊?shù)設(shè)置，分別設(shè)置提人、提物時上下停車點位置、上下校正點位置、上下減速點位置等，設(shè)置最大限制速度。
?、啾４鏀?shù)據(jù)，保存一個月內(nèi)每天最后一鉤的運行數(shù)據(jù)，包括位置、速度、加速度、壓力、報警信息、運行狀態(tài)等所有顯示數(shù)據(jù)，采樣間隔為0.1s，保存操作錯誤信息(200K字節(jié))。
?、徇\行狀態(tài)數(shù)據(jù)和故障。
?、獠僮麇e誤記錄查詢，查詢近期操作錯誤信息。
防爆液壓絞車液壓狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)在某礦斜井的JTY1.6/1.5B型液壓絞車上進行了工業(yè)性試驗。
根據(jù)參考速度一位移曲線的變化，司機手動操作液壓絞車，監(jiān)測得到的實際速度一位移曲線與參考曲線基本相符，避免了超速現(xiàn)象，加速度變化也較平穩(wěn)，同時系統(tǒng)可監(jiān)測到絞車的各主要參數(shù)，保障了絞車的安全運行，提高了生產(chǎn)效率。
5．液壓故障診斷系統(tǒng)
防爆液壓系統(tǒng)的故障診斷和排除需要應(yīng)用大量獨特的專家實踐經(jīng)驗和診斷策略。故障的外在表現(xiàn)往往與多種潛在故障有關(guān)，且癥狀與原因之間也存在各種各樣的重疊和交叉，給故障診 斷帶來不便。在分析了絞車液壓系統(tǒng)和液壓元件故障模式及故障機理的基礎(chǔ)上，建立了液壓絞車的液壓故障診斷專家系統(tǒng)。
故障診斷專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖所示。其設(shè)計思想是將
液壓機故障知識和控制推理策略分開，形成一個故障診斷知識庫。同時將監(jiān)測系統(tǒng)采集到的運行數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫，形成歷史運行狀態(tài)庫。系統(tǒng)在控制推理策略的引導(dǎo)下，利用已存儲的故障知識分析和處理問題。
圖1液壓故障診斷專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)
推理機是以知識庫中已有的知識推出新的事實的計算機，是專家系統(tǒng)的核心，其主要任務(wù)就是在問題求解過程中適時地決定知識的選擇和運用。具體的推理流程如圖所示。首先分析所采集的狀態(tài)數(shù)據(jù)，以提取故障特征值；然后根據(jù)故障特征值初步判定液壓系統(tǒng)中哪些回路出現(xiàn)異常，明確故障診斷范圍；接下來按一定的故障診斷策略確定故障診斷順序；最后，系統(tǒng)根據(jù)具體的故障范圍調(diào)用故障診斷模塊進行故障診斷。
圖2診斷推理流程圖
在Windows xP平臺下，運用VB 6.0，結(jié)合數(shù)據(jù)庫技術(shù)，開發(fā)了液壓絞車故障診斷專家系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由人機接口模塊、知識庫管理模塊、案例庫管理模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、故障診斷模塊、用戶管理模塊和系統(tǒng)幫助模塊7個部分組成。通過分析狀態(tài)監(jiān)測信號并提取特征數(shù)據(jù)，技術(shù)人員可以有效把握系統(tǒng)運行狀態(tài)和趨勢，通過人機交互進行故障診斷，為現(xiàn)場排除液壓故障提供有力依據(jù)和參照。
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