煤矿机故障处理专家系统应用

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摘要:提升机是煤矿关键系统之一，电控系统是提升机极为重要的子系统，其结构复杂，子系统众多，故障率较高且难以分析。针对此问题，煤矿在提升机远程监控监视系统引入故障处理专家系统，可及时定位故障类型及处置策略，有效支撑现场人员处理故障。

关键词:提升机;电控系统;故障诊断;专家系统

煤矿提升机电控系统为成套设备，在煤矿生产中时常出现故障，电控系统仅采用上位机对故障进行指示及记录，某一个故障发生往往引起其他故障相继发生，但是上位机软件采集数据的速率有限，致使低于采集周期发生的故障无法判断其发生的先后顺序，导致一但电控系统发生故障，上位机监视报警系统出现多条故障记录，现场技术人员极难及时处置。煤矿上位机报警信息仅在提升机厂房内看到，副矿远离主矿，管理者或者专业维护人员很难远程实时获取现场的详细状态信息，造成了管理、技术支持与现场的信息不对称，严重影响生产效率的提升。针对此问题，煤矿在现有电控系统监控系统基础之上，引入故障处置专家系统，实现故障自动智能诊断，通过故障处理专家系统，实现故障诊断的智能化、傻瓜化，有效提高副矿提升机电控系统故障处置效率，对煤矿生产作业产生了显著的积极作用。

1煤矿提升机电控系统故障特点及分类

提升机电控系统较为复杂，涉及到高压系统、直流回路系统、PLC系统等多个系统，因此导致故障现象与故障类型之间存在复杂联系，具体可概括为:复杂性、层次性及相关性［1］，具体如下:1)复杂性。一个故障现象可对应多种故障类型，一个故障类型对应多种故障现象;工况改变后，故障类型与故障现象之间的关系可能发生变化;故障的各种现象不一定能够完全掌握。2)层次性。故障往往由低层次向高层次发展，比如由报警故障发展为停机故障。3)相关性。提升机故障往往是几个故障同时发生，并且存在一定联系和影响。煤矿提升机电控系统故障根据子系统可划分为七大类:操作监视系统故障、低压电源系统故障、调节整流系统故障、信号系统故障、PLC柜故障、直流回路系统故障及高压系统故障。每一大类又细分众多小类故障，由于数量众多便不一一介绍。梳理故障类型、故障现象及故障间关系是建立故障分析及处理专家系统的基础，知识库、推理机及解释机构便是据此搭建，一定程度上此项工作决定了专家系统的准确性及实用性。

2煤矿提升机电控系统故障诊断及处理专家系统结构

专家系统(ExpertSystem，ES)指以逻辑学和推理为方法，针对某一领域的特定问题，结合本领域专业知识解决这些问题。专家系统通常由人机交互界面、知识库、推理机、解释器、综合数据库、知识获取等6个部分构成［2］，煤矿提升机电控系统故障诊断及处理专家系统结构，如图1所示。提升机电控监测系统数据实时传入到监测数据库，主控模块从数据库实时获得数据，并与推理机共享数据信息，推理机将数据信息与知识库进行比对，判断故障类型及处置方法，并通过解释机构传递给人机交互模块，现场人员可通过人机交互模块读取专家系统给出的判断结构、监测数据、操作主控模块以及编辑知识库。3专家系统搭建专家系统搭建主要涉及知识库设计、推理机设计及解释器设计三大关键模块［3］，现详细介绍煤矿提升机电控系统故障分析及处理专家系统三部分设计。

3．1知识库设计

知识库的建设涉及到三个方面:知识获取、特征参数提取及特征描述［4］。专家系统知识库是专家系统判断的基础，故障数据传输到专家系统后需要与知识库比对才能得出准确的判断，因此知识库关系着专家系统的灵敏度及准确度。煤矿专家系统知识库知识获取采用非自动获取知识方法，如图2所示，因此知识库需要根据需要由管理员不断维护，因为提升机电控系统故障处理专家系统相比较于其他专家系统相对简单，此种方法更容易实现，系统维护更简单。 特征参数及特征描述本质上是对故障现象特征的描述，比如电流幅值、电流均方根值、电流变化率等参数可归为特征参数，电流增长较快、电流增长慢等描述可归为特征描述。两者直接决定了专家系统的灵敏度及准确度，在专家系统建设时需做细致、准确。

3．2推理机建设

推理机建设本质上是确定专家系统决策思路，梳理煤矿提升机历年故障案例发现:提升机电控系统故障具有很高的重复性，即故障重复发生，常见故障20余种。因此煤矿提升机电控系统故障处理专家系统选择基于案例的推理方法，其推理过程如图3所示。1)选取当前故障S的核心特征;2)从故障案例知识库中选取与故障S核心特征相似的故障案例;3)根据设定的算法计算匹配相似度;4)给出相似度最高的三种故障案例及处置思路(不超过三个的，以实际数量为准)。

3．3解释器建设

解释器用于解析、记录专家系统故障诊断过程及结果，煤矿提升机电控系统故障处理专家系统采用预制文本的方法，跟踪专辑系统故障诊断过程及最终结果，并一一记录，便于管理员和现场技术人员查阅、调用，同时根据记录可追溯专家系统潜在问题，并及时修正、维护。

4结语

煤矿提升机电控系统故障处理系统应用效果良好，常见故障判断准确率100%，为煤矿生产效率提供较大帮助。同时也存在一定问题，比如案例数量不是十分丰富，对于非常见故障判准确率较低，现场人员若过于依赖此系统容易被误导，针对此问题，可不断优化、维护专家系统，提高故障案例知识库丰富度，可在很大程度上解决该问题。

参考文献:

［1］贾慧慧．矿井提升机常见故障及诊断探析［J］．煤，2017，26(7):62－63．

［2］郭文斌．HSVE2．8型矿用提升机故障诊断专家系统设计［J］．江西煤炭科技，2016(4):44－46．

［3］于治福，彭月猛，袁泮泉，等．基于模糊数学的提升机故障诊断专家系统［J］．煤矿机械，2012，33(1):274－276．

［4］刘照军，朱习军，王道林．煤矿提升机综合安全控制系统结构与实现方法［J］．煤矿机械，2007(10):164－167．

作者：李利青 单位：潞安环能股份公司