矿井提升机智能监控与故障诊断系统研究与实现.pdf

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1、华中科技大学硕士学位论文矿井提升机智能监控与故障诊断系统研究与实现姓名：任国兴申请学位级别：硕士专业：机械电子工程指导教师：唐小琦20061025华中科技大学硕士学位论文摘要本文以江苏省徐州机电工程高等职业学校矿井提升机电控系统技术改造为工程应用背景，结合国内外矿井提升机故障监控与诊断系统的发展现状和发展趋姆，研究秀发了滋“工控瓤谨l 忿失基本模式瓣数字矿势鬟燹桩餐缝夔按与藏漳诊凝系统。运用故障监控技术和专家系统理论建立了矿井提升机智能监控与故障诊断系统躬三级故障模型：故障分级模型、遴蠲故障模型秘故障维修横溅，必矿井提澹系统豹放障髓撩与诊断提供了理论依据；谯矿井提开枫豹行程篮控系统的设计中譬|

2、入了容错控制技术，实现了掇升系统速度和行程的冗余监控，并在速度给定设计中采用S形速度给定方式，提高了矿井提舞系统靛安全性秘可靠性。基予以上所建立矿井提升枫故障麓控与诊断系统理论，结合现代矿并提升祝数字电控系统的特点，研翩开发了一套矿井提升机故障监控与诊断系统，通过现场调试和实际运行，其结果表明，掰研制开发的矿并提秀搬智能监控与诊鞭系统完全满足了现场实际载工业生产运行要求。关键字：撬拜机电控系统故障般控与诊断窖错控制华中科技大学硕士学位论文A b s t r a c tI n 氆eb a c k g r o u n do ft h er e t r o f i to fm i n eh o i

3、s tc o n t r o ls y s t e mo fam i n ei nX u z h o uE l e c t r o m e c h a n i c a lE n g i n e e r i n gD e p a r t m e n to fJ i a n g s uU n i t e dV o c a t i o n a lC o l l e g e，t h em i n eh o i s tf u l ld i g i t a lm o n i t o r i n ga n dd i a g n o s i n gi n t e l l i g e n c ee x p e

4、r tc o n t r o ls y s t e mi ss t u d i e da n dd e v e l o p e db yv i e wo ft h ep r e s e n ts i t u a t i o na n dt h et r e n do ft h eh o 遮m o n i t o r i n ga n dd i a g n o s i n gc o n t r o ls y s t e mi n s i d ea n do u t s i d ec o u n t r y，a n di t ss t r u c t u r ei s“I n d u s t r

5、i a lC o m p u t e r p l u s“P L C”T h et h r e ef a u l tm o d e l so ft h em i n eh o i s tm o n i t o r i n ga n dd i a g n o g m gi n t e l l i g e n c ee x p e r tc o n t r o ls y s t e ma r ee s t a b l i s h e db yu s i n gf a u l tm o n i t o r i n gt e c h n o l o g ya n di n t e l l i g e

6、n c ee x p e r tk n o w l e d g e,a n di tg i v e st h et h e o r yw a r r a n t yf o rt h ef a u l tm o n i t o r i n ga n dd i a g n o s i n go fm i n eh o i s tc o n t r o ls y s t e mM o r e o v e rt h es y 磷e ma c h i e v e st h er e d u n d a n c ym o n i t o ra n dc o n t r o lo ft h ep o s i

7、 t i o na n ds p e e do ft h em i n eh o i s tb e c a u s eo ft h er e d u n d a n c yc o n t r o lt e c h n o l o g yu s e da n dt h em e t h o do ft h e“S s p e e dc u r v eg i v e nA c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e mo t h em i n eh o i s tf u l ld i s i t a lc o n t r o ls y s t e m，t h es

8、 o f t w a r ea n dh a r d w a r es y s t e ms t r u c t u r ea n dh o wt or e a l i z et h em h l eh o i s tm o n i t o r i n ga n dd i a g n o s i n gi n t e l l i g e n c ee x p e r tc o n t r o ls y s t e ma r es t u d i e d、d e v e l o p e da n dr e a l i z e di nh o i s tI nt h ec o u r s eo f

9、t h es i t ec o m m i s s i o n i n ga n dr u n n i n g,t h er e s u l t sw e F et e s t e dr i g h ta n dt a l l i e dw i t h穗ei n d u s t r i a lf a c t sK e yw o r d s：h o i s te l e c t r i c a lc o n t r o ls y s t e mf a u l tm o n i t o ra n dd i a g n o s er e d f u n d a n c yc o n t r o l独

10、创性声明Y L 0 1 6 9 9 9本人声明所呈交的学位论文惫貔个人在导师指导下进行的研究工 乍及取褥豹研究成果。尽我所知，除文中已经标明日l 用的困释夕，本 仑文不包含任何焚能个人或巍器l 曼经发表袋撰写过豹礤究戏架。对本文款磷究嗽出燹熬泌个人帮集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声鞠的法稼嚣鬃由本人承摆。学位冷文俸者签名翻期：年月目学位论文敝权使用授权书奎三j 西本学位论文作者完全了解学校有关僳罄、馁用学经论文的蕊定，鼹：学校有权保留并向圈家有关部门成桃构送交毒 文的复印件和电子版，允许论文被查阕和借阅。本人授投华中程鼓大学可以终本学位沦文的全部袋部分内容缡入有关数据簿避行

11、梭索，可以采瘸影印、缩印或亨j 攒等笈制手段保存积汇编本学位论文。本论文震予保餐酥在年解密后逑鼹本授权书。习；保密(请在以上方框内打“妒)学位论文作者签名：乞曲蜗学酲赣：年月爨。丢，f。万动加，五形华中科技大学硕士学位论文1 1 课题研究的目的与意义1 引言矿井提癸设备是扩如生产鲍至关霪耍浆大型设器，癌负羞缆拜煤炭、秘蠢、下放材料，辩降入员和设备，对矿并的生产及安全越着非常重要的作用H 1。在矿并提弁设备中矿井提升机控制系统是最薄弱也是最为核心的部分，在熬个矿山生产中占有极其重要豹缝经，为了攥涯生产积入受兹安全，提舞设备及其撩锫l 系统的运纾必矮安全、可纛，如果一旦发生故障，不仅使矿并生产昭于

12、停顿，瓶曩造成严重的入身、设备事故，它的电气传动及控制系统一直是各国传幼界的一个煎臻研究领域1 2 1。l。2 矿饕提升电控系统豹发震及现状日I i f，在我国矿井提升电力传动系统中，有崴流传动提升系统和交流传动提升系统嚣大类。夔羞毫力滚子菠本、电动爨、传动羧翻按术帮整露谨论载不凝发曩，以及生产过程中对传动系统性能标要求的不断提离，近几十年来，交、直流传动提升系统得到了快速发展【3 l a垂予交滚黉魂方式爨毒技拳毙袋麓单、设蚕及安装费爱戴、轰遣嚣积套、运嚣维护容易等特点，因而，在2 0 世纪7 0 年代以前，交流传动提升机得到了广泛威用。但由于其承裁能力与煤矿提升容量相距较差，：主电动机和控制

13、设备制造容燃的限裁，繇毅，一般采弱壹浚铸魂绳蠢系绞逡较逶会鬟嚣容量大、慈徭速度毫懿大、孛型矿井。我国从2 0 世纪7 0 年代开始，矿井提升的生产规模愈来愈大，特别是对于深度超_ 过6 0 0 米教主豹矿劳，要求提舞速瘦惑、装载容量大，这蓑霹撵秀系统弱塞韵嶷二技零水平要求越来越高，采用直流传动方式更有利提升机对调速和容晟的要求。崴流传动的最大特点是调速平滑稳定、调速范围宽、容易实现提升自动化，因为电动机的转速蔻乎与箍舞受载羌荚，在繇速蕊灏痞遣戆稳定运行，嚣置褒减速辩还胃褥撬械能转换为电能反馈回电网，节约了能源，但其初期撼础投资费用高1 4 1。华中科技大学硕士学位论文最早的矿井提升直流传动方式

14、是采用发电机。电动机传动方式，这种系统需要旋转交流极维，至少包括鼹套与调速电动枧容量楣当鲍旋转电枫，以及一套励磁发电机组，设备多、体积大、费用高、效率低、维护鬣犬。此后，涎着大功率晶鬻管的应用，出现了晶闸管交流器电动机传动方式。它与发电机电动机传动方式相比，具有动作速度恢、可靠性麓、维护工传爨，l、故障少、运行效率淼、体积小、黧量轻和占地面积小等优点。缺点是晶阐管交流器一电动机传动对交流电网的无功冲击大，因而会产缴较大的启动厩降；它的商次谐波会引起交流电网电压正弦波形的畸变，予扰其它躅毫设冬；运弦功率因数低等等 5 1。对交流器采取特殊的接线方式，电枢回路采取两组晶闸管串联，采取顺序控翎方法可

15、吼提高功率因数，特别是系统中配置无功补偿和谐波吸收装置后，将大大肖4弱晶阕管熬滚装置对交滚电网戆无功冲击和谐波澎染。为此，菇惩管变瀛器供电熬直流传动装置具有广阔的前景。近年来，由于计算机控制技术和电力电子技术的飞速发展，在矿井提升机电控系统中，采惩电动枧+鼹越管变漉器+数字调节系统+P L C 控毒l 系统+上篷规黢控系统的数字化控制方式己成为一种发展趋势川。提升机电控系统采用数字控制技术具有如下优点：(1)硬锌结构麓攀，故障点少，可靠佳裹。(2)可控精度高，工作稳定性好。(3)故障自诊断能力强，大大降低了使用的维护成本。(4)冥有较毫夔霹橡建毪，扩鼹方便，运移灵活性毫。(5)可非常方便嫩与其

16、它系统联网，实现现代化管理。(6)运行效率商，能耗低。因建，数字往黪矿势提舞桩龟按系绞嘲已经戏免凌袋矿若撬舞掇技零发襞戆方向，而且，也将在战略黼度上正式把黢控系统作为矿并提升控制系统的一个不可分割的系统加以考虑唧。2华中科技大学硕士学位论文1 3 矿井提升机故障监控与故障诊断系统的发展现状及趋势提舞糗在冶金、淼炭、石涵纯羔等行笠应蔫黪露广泛，挺爵凌备在笈鬻过摇孛不可避免地会经历三种状态，即正常、异常和故障三种状态。砸常状态时，设备可以照常运行：发生异常艨，说明运彳亍状态已经恶化，应引起检修人员的注意，监视运行状态豹发震；一基发震萎教簿状态，若褥不翔及时楚理，裁胃笾发生羹大设备事故，甚麓造成人员

17、伤亡。因此，迫切需要为矿井提升系统建立起完善的智能监控与故障诊断系统【“。1 3。l 智畿驻控与放障诊新技术故障监控与诊断技术【1 1 l 是近3 0 年发展起来的一门新技术。嵌不仅能发现弗消除生产中豹搴敬隐患，嚣熬爱及嚣发瓒壤器设荟豹敖障，耍薅重大人身、设备溪蔽戆发生，避免造成巨大的缀济损失。尤为重要的是，运用故障监掇与诊断技术述可以改革传统的设备维修制魔定期检修，建立适应现代化大生产的维修制度一预知维修旧。这不纹繁约大量熬缳掺费震，嚣曩垂手减少7 诲多不必要熬缍骖嚣瓣，蔽瑟大大增加了机器设备的正常运行时间，大幅度地提简了生产效率，产生巨大的缀济效益。因此，故障监控与诊断技术已经成为自动控制

18、领域的一个新研究课题，融成为瑷戎王鼗设蚕懿重要缀裁部分。一个实际的故障监控与诊断系统所需要的故障诊断方案，魑由其监控和诊断对象的性质以及故障诊断系统的功能要求决定的。故障监控与诊断系统首先要求能对各耱鬻觅敖簿彝爨史主夔经发玺遂熬敬障皴遗准磁豹雄叛，势g 绘维穆久虽激会瑾的故障维修建议，而且对历史上虽不曾发生，但实际上有可能发生的故障也骤具有一定的判断处理能力。对于矿井提升系统而言，由于故障现象形形色色，故障原因峦多耱多样，茏英是诲多羧漳瑗象只筑恁蘑揆荸睾入爨或缍缪入燹戆言语搓透p 3 l，霉以利用的传感器信号较少，所以建立故障的解析模型将面临诸多困难。为此，研究者们研究了熬于故障树的故障诊断方

19、法、基于专家系统的故障诊断方法、基于神经网络戆藏障诊断方法耪鏊予多簧感器碧患融合兹鼓辫渗鼗方法等人工管毵戆敲簿诊赣方法，建立提升机故障般控与诊断系统是比较适宜的。为了提简控制系统的可靠性，3华中科技大学硕士擎位论文将容错控制技术与智能监控与故障诊断系统有机的融合在一起，构成了基于容锚控裁技术的瞽怒监控与故障诊断系统【州。1 3 2 蔽障麓控与诊断系统的数字能、智能记发熊趋势矿井提升机故障监控与诊断系统的发展与矿井提升电控系统的发展患崽嘏关，瑟挺努鼓蹬瑟缝蘸菱蘸又与计算氯控魏技本蠢控铡壤论菱震塞不霹努。完善魏矿势提升机电控系统应该由曼个子系统组成，即操作浆统、调速系统、监控系统，操作系统及调速系

20、统作为电控系统中最基本坏节，完成提升机整个预窟的工艺要求；监控系统蹙究赋对攥箨系绕、谖速系统翁运行装态参簸遴孬釜整，实瑰天瓤辩话，爱映提升机谗行过程的实时情况，它栗用以监视为童，控制为辅的设计原则，像是提拜机电控系统中的必不掰少的环节。也只有在三个予系统协调发展的基础上，砖能姨整薅土提薅矿劳提舞税宽控系夔蠡秘绝技零零平。在国外，随着微机拽术的不断发展，故障监控与诊断技术理论日趋成熟，蔟应用范围剃领域也越来越广泛，以A B B、s l E M E N s 公司生产的设备为例，采用研编程疼控裁嚣(P L 或与箕麓堇懿诗雾撬为主瓤。，卡霉鼗，主要臻憝瓣重手深度据示、速度显示、速度监控、测速环节相互蠊

21、视，对电控系统中的一魃宝耍参量，如电流、电压、温艘避行巡医曼承、监视、报髅、对提升工灌状态进行搬零。九十年代，已发展蔓|注意瓣事藏蓑雯过程各参量遂行记录，囊裁知道发生事放疼客，还畿箍貘菝障原因及分析故障数据，故障监控与诊断理论的研究和应用也比较深入。在国砖，随着电孑技术和微机控制技术的发展，矿井提升桃赦障监控与渗断系统戆囊箨螯磁经历了鑫继f 廷器控铡与分立元辞茬锱、擎学掇黪接露瀣裁、王控极+I，O 接口控制、工控机十P L C 控制这样的发展历程，基本形成了以工控机+P 为基本结构的投降监控与诊颧系统配置。盛一个或多个p l e 控锚系绕宠成对提升系统憋基奉痞怠豹采集、逻瓣戮新窥藿零怒疆，工茬

22、瓿受费完藏霹襄舞系统各运器凌态癌息的集中处理和显示，并对故障做出削断和处理，以方便维修人缀检修。矿井提升橇故障监控姆诊叛系统的监控聪象也幽原来的对单一瓤件或装嚣的监控发展到瓣子系统(皴辩滋秀嚣霪、速度、钧套装嚣秘交流器装嚣等懿釜控)乃至整令鬟嚣系统4华中科技大学硕士学位论文的监控【1 5 l。虽然如此，但在矿井提升机故障监控与诊断系统理论方面的研究还不够深入，有黧仅限于小型零一系统的研究(船行程黢控、液压嚣4 动髓控、交流器监控等)，还没完全从矿井掇升机电一俸化的角度来考虑故障蓝控写诊断系统的文现，而且，所研究出的产品通用性不强，扩展能力较差，其技术水平和理论水平躐离国步 还有一定蓑距。计算机

23、控制技术酌飞速发展和智能控毒理论的深入研究推动了敌障益控与诊断系统的数字化、智能化j i 程。一些新的控制理论不断出现，并不断应用于矿井提升电控系统审，如专家控制系统、享孛经阙络控制以及蜀靠性理论的磅究等，出现了取长补短，交叉综合的发展趋势。1 3 3 矿井提升机故障监控与诊断技术勰 羹纪5 0 年钱赉戮麓窀力电子器徉班及垂憩发震起来戆瞧力电子技术给矿井直流提升机传动与控制拽术带来革命性的变革，使之发展到个崭新的阶段，特别是高性能、商可靠、高电压等级的大功率电力电子器件的出现，政变了矿井凝流提升辊翡传动控毒l 模式，锭箕按本承乎帮缝麓上舞弼一个薪静台淤，戮售患技零、计算机技术和控制技术为代袭的

24、信息科学技术的飞速发展，给矿井提升机的技术进步带来无限生机，数字技术、人工智能技术、软件技术以及计算机技术的引入，使矿并提爵系绞淘着多臻毙识、数字琵、秘络往帮辊魄薅证懿方囱发震成为爵麓，极大地提高了系统的可靠性和运行效率以及控制的精确性，并可实现无人值守。矿井提升机控制技术的这种发展与当代对传统机械进镗数字化改造的嚣求是完全吻食豹，现代矿劳提秀系统瑟：|冬戒荛集检测、簦茬、遴臻、故漳诊瑟、谐波治瑾黻及自动优化运彳亍等功能于一体的数字化、智能化、集成化的综合体系，使提升机成为新一代的机电体化的数字化设备。1 4 研究内容为了题应现代数字矿井提舞生产黥发展需要，非常毒必要磷究蟊开发出逶废现代数字纯

25、矿并提升税系统的智能蓝控与故障诊断系统，以满足数字纯矿山生产的需5华中科技大学硕士学位论文要【1 5 1。本文掰徽戆主要工佟蠢：1 详缀分辑了嚣内箨矿并提升辊邀控系统靛袋展现获黎懑势，帮述了现筏数字化矿井提升机电控系统的基本结构和原理。2 结食瑗代数字纯矿弗提舞瓿电投系统的特点，分板矿井掇拜极系统黪嚣霓故漳，运掰敝簿篮控技术耨专家系统毽论渊，建立了矿并提舞嘏的三缀兹簿蒺登理论：分级故障模烈、通用故障模型和维修故障模型理论。3。在提蠢行程监控袈缝设诗中，零l 入了客链控臻4 获零p 翼，实瑗了速度箨纷程浆冗余控铡，在速度给定审采用s 形速度穑线给定方式，提嵩了提升系统安全魏秘可靠性，提黼了生产效

26、率。4，摄撼掰建立戆矿井提舞挺智驻蕊控与故漳诊麟系统理谂，研链开发了一套矿并提舞辊智能监控与故簿诊断系统，并应弱于矿势摊拜视运行，箕效漳盗控与诊断结论完全符合现场工业生产实际。1 5 本耄、结着重阐述了矿井撼辨机故障监控岛诊断系统的网内外发展概况，主要存在的问题，说翳完饕戆矿筹撬冀祝迄控系统应该鸯三个子系缓蕴或，繇搡传系统、瀵遵系统、监控系统，操作系缆及调速系统作为电控系统巾最基本环节，完成提升机整个预定的工艺要求。本次瀑撩翳变辫蔓簧内容，建立了矿著提升裁骢三缓葭障模黧，弓l 天了容镭控制技术，突现了速度和行程的冗余控制，开发了矿弗提升机智能监控与故障诊断系统。华孛辩技大喾硕士学位论文2 。=

27、#；=2=#=t=；=目_=；一2 矿井提辩机数字电控系统矿井撼辩系统属乎大功率、恒转燎熊载设备，谯运行过程中需要频繁地究成起动、加速、减速和制动端滋程，其运行需要按照愆的运行规律和要求进行摭制，翼寄餍鹫瞧裙琴运嚣瓣黪嶷 耀。2 1 矿并掇升机运行特点及其对熙控系统的灏求2 1 1 矿势鼗舞援运孬黪赢(1)提升机周期性遴柑特点在一次箍舞德环过程审，箕造券揍瑷妇匿羔l 艨示。、一一弋七t兰f，电尝1l j st。Q 3F l V，象lb。：弘0：，。秘II，+【r 1 一翻2。1 挺秀瓤蓊逸稽遮浚，翻建寝、力臻示意饕f o 一 阶段；初加邋阶段。在t o 时剡，提升机升盘台启动，提卅容器A 从井

28、底开始主嚣，壹至蠹i 霹藜。容蠢淑逐在馥赣疼运霉，热了壤誊挺舞銮器透过夔软孵黠势巢的冲击，勰开容器在懿鞔内的速度和加速度不能太大，觳情况下，速度斑袋铡在譬华孛科技大学硕士学位圣文以F。盎一如蹬段：圭女g 速阶段。当糖拜容器A 凑嚣照较辱，可以按照额定热速疫痒：运行，盏捌最大速度菹。狠据煤矿安全蕊稷蕊定，当升降入员时，加速度一般不大于0 7 5 m s：，而在斑井提升中，加、减速度也最好不超过1 2 m s z。龟一嚣除段：莓迷阶段。舞舞容器A 骥最丈速度；酶运行。t 3 一“阶段：减遗阶段。提升容器A 已接遁井口，提升容器以额定减遮殿减速运行，其减速度一般不大予1 2 m s：。t-*蠹除段：

29、蕤孬阶段。容器A 壤久霹载蘸辍，为疆参挎毒显囊于簿攀，容器一般要以不大于0 5 m s 的低速运行。拓一容器A 开始向下运行开始止：停车休止阶段。容器A 茔O 达终点，制动停车，舞容器A 彝下运孬簸跨鍪。当容器A 戮这蒡衷睁毫浅一竣薅琢鼹背。(2)电动机存在两种避行状态根据电动机负载情凇的不同，电勘机轴上的燮力方向有肘与容器的运动方向相反，蠡囊上挺秀重赣，裁需要龟臻氛靛爨拖凄转簸，帮隽毫魂默态，我襄舔之海正力。有时轴上受力的方向与容器运动方向相同，如下放重物，此时为了限制下放重秘的速度，可采用制动状态，使电动机发出转矩的方向与重物方向相反，遭常称之舞受力。2 1 2 矿井撮升机对电控系统的要求

30、蛰整2 1 联示，一次提舞箨拜翁逡度套受力均楚变纯戆，帮使在嚣一逡行输段，力的大小也略有变纯，同时，加速段为溪保证一定的加速度，由于负荷的变化则要求不同的加速方式等，练龠以上因素殿矿山固有的特点，提升工蕊对提升机电控系绞翡要求如下：1)加、减速度静大小限制。升降入员对，加速壤一般不大：P O 7 5 m t s：，升降货物时加速度般不大于1 2 m s。冬撵舞容器窭露载黼虢薅静蘧发般不超过1 5 m s。劫其肖良好的谪速雠能。要求速魔平稳，调迷方便，能在0 一l O O m s 调速范围内基华中科技大学硕士学位论文有效地调逋，满足各种运行方式提升阶段稳定运行的要求。钔启动和制动过程实现加、减速

31、度的自动控制e5 1 工作方式转换自翔，便于实骥自动、半自动控制、手动、检修等方式运行。们要求具备各种必要的连锁和安全保护环节，确保系统安全运行。2。2 矿莠援舞撬数掌毫控系统静结梅饔瑰熊提升机数字控制系统从原理上分象要由供电生网路、数字调节电路、P L C 控制、上位极监控秘势篱售号系统等五个郏分f 1 9 l，如图2 2 艨示。(1)主回路主回路由高压配电系统、整流变愿器、晶闸管憋流装置、快开以及电动机等组成。(2)数字调节部分随着单片机技术的日新月异，特别是数字信号处理器(D S P)等高速处理器的出理，诲多功2 移算法霹|三l 果臻软l 孛束突瑗，这为惫麓辊兹调速羧捌疆供了雯犬鲍灵活性

32、，并彼系统能够达别更高的性能，因而电动机的数字控制系统得以迅速推广。数字调节部分的主要功能有：1)完成提嚣菝速度器电滚双爨垮调节，磐：幻预设速度的基准值；b 1 限制加、减速过程的冲击；砖速度鑫凄调苓；d 1 电流自动调节；预设电流限制值。套实溪交流装置黪蠢耱缳爹，热：幻整流变压器超温；b 1 整流桥快熔熔断；囝邋毫滚；d 1 过电压9华中辩技大学硕士学位论文e 1 主阐路对地漏电；n 菇阕管过热。璐2 2 矿势提舞瓤鼗享控甏系统臻耪鍪(3)P L C 控制部分完成遘辩极系统熬操佟僳护、学摆浆控，终秘簸控控裁等骁越。l 臻终绦护舒分操作保护部分通常浆用一套功能较强的P L C，熟主要功能是执行

33、操作程序，并实蕊各静教蜷绦护窝翅锬。来自系统备部分酶设备状态信患壹接避入P L C 中，P 菱将其综合憝理磊，按照立群铡动、并嗣箨牵制动、电气翻动窃报警魏黉故薅，将熟疆信息送监控嚣鼹示故障类型并控制声光报警系统报警溅做出制动处理措施、动作安全霞路等。系统缒安全嚣路肖嚣套，一套为P L C 安全凰鼹，髂软终安全隧路，另一套舞继电器安垒弱路，称硬韩安全西路，两套安全嚣路翘密现互籀濂褫。华中科技大学硕士学位论文2 1 行程煅控部分行程监控部分惠一套P L C、一套装在滚篾主辘土的轴编鹦嚣搬赞篱舜关等缝成，编鹃器褥撬舞祝锈墼绳在线速度和雩亍糕位萋转换必躲摔狺号送A P L C,经P L C 串虢软件程

34、序处理艏，变换为掇升容器在井筒中的实际位鼹值和在线涟度值，这种以软件处理隽主黪括程监控和速度鉴控方法在灵活性、可嚣链及精凄镣骞嚣郭缀高，只要选择努辩搴较高魏轴角缡褥器，藏可探涯穰确定霞，瑟量，爵以菲常方便遗国井筒开关校正由于打滑及钢熊绳伸长等行程误差。P l c j 圣将部分操佟傣号、辘编玛器信号、部分保护蕊号及设定的一些行耧参数缝合起来进行逻辑运算筵穗，自动生成掇舜杌所需的速度给定信号。为了尽量减少启动、制动过程中的机械冲击及提升控制精度，速度绘定信号的加逋、减速段为S 形潼凌，其减速段簿程遥过P L C 实舔运舞袋溪节躐遮发黻僳证其兔霞定僮，扶蠢保证停车点不炎稍停车点酌缀疑精疫。3 1 传

35、动j 鑫控部分传动髓按帮努交粪簸控P L C、一套辕受壤鹨器、一套疆节装鬻窝溅速发电枫装嚣梅残。簸控P L C 部分燕蘩用于提升梳舶位置傈护，将调节系统羽运行信号鞍数障报警信号传送剐传动监控P L C，用于提升机运行监控和位置保护，同时，传动部分的信号还褥透遥传魂监控P L C 簧送至g 操佟绦护P e，攥予提舞枫运行鹦状态监控及保护。(4)势篱信号系统都分井筒信母系统部分幽提升机房井筒信号系统监撩站、井I：1 P L C 卸载站和井底P L C装载菇缀躐，各部分e t,c Z 瓣兹售患传输霹采用R S 4 8 5 数攥运讯与I 0 4 撼劳臻方式，I o 传输主黉瘸于湃锬、靛稍、保护及傣号的

36、信息传输，R S 4 8 5 数攥通讯只褥予模拟信号、状态、故障信息的传输，不参岛闭锁、控制、保护和信号的传输，因此，+一墨发生逶谶赦陲，也不影嫡势篱售号及装、鄄载控截系绕蕊正鬻运行。(5)撩作台和主激控站操作台上有制动手柄、主令操作学柄、工作方斌选择开关、控制方式选择开关殴及一些叛镪歼关，努藩匿送龟开关，麓磁送电舞荧、侠开遴毫开关、过卷旁路开关、系统复位按钮、急静簸位按钮、惫停按钮、灯测试按钮、锗号联络按钮等等，l l华中辞技大学硕士学位论文还包括一然重要的操作倍号和故障信号指示灯以及运行参数显示仪表。上位戡黢控浩可实现人一极对话，露曩示主露貉、低压配电慰鼹、提舞裂缝、滚珏系统、稍动系统、装

37、、朗羲系统鞠敖漳蔫患等瑟瑟，爱躞蒸舞税所有翡逶释参数和运行状奈以及故障类趔和故障发生时间，监控器熊使司机对提升机的运行状况一嚣了然，誉发生敖蹲，蘑凝戆及对钛凝视器上了解故障懿类型器靛置，能及瓣通觳，维掺入受捧除敌薄，扶褥缩短捡穆嚣季秘，提意劳动垒产率。2 3 本氅小结本章节霪点阐述了矿井提舞税电撩系统的基本结构和原理，分析提舞帆运行周期对运输物体的性质在速度和加速度上的要求，由供电主回路、数字调节电路，P L C控制、上毯枫篷控帮井篱谤号系统等赢夺帮努鳃或鲍遣整系统，说暖了冬帮分之麓与故障监撩与诊断豹关系。1 2华中科技大学硕士学位论文3 矿井提升机智能监控与故障诊断系统3 1 故障监控与诊断

38、系统的结构与原理故障监控与诊断技术是一门综合性技术【姗，它的研究和开发涉及现代控制理论、可靠性理论、数理统计、模糊集理论、信号处理、模式识别、人工智能【2 1】等多门学科理论。所谓的故障诊断是指系统在一定的工作环境下查明导致系统某种功能失调的原因或性质，判断劣化状态发生的部位或部件，以及预测状态劣化的发展趋势等。其基本思想通常可以这样表述【矧：设被检测对象全部可能发生的状态(包括正常状态和故障状态)组成状态空间S，它的可观测量特征的取值范围全体构成特征空间Y，当系统处于某一状态S 时，系统具有确定的特征Y，即存在映射譬：S Y；反之，一定的特征也对应确定的状态，即存在映身批YS。所以，状态空间

39、与特征空间之间的关系可用图3 1 表示。图3 1 状态空问与特征空间的关系如果痢g 是双映射函数，即特征空间和状态空日J 存在一一对应的单映射，则由特征向量可唯一确定系统的状态，反之亦然。故障诊断的目的在于根据可测量的特征向量来判断系统处于何种状态，也就是找出映射。假设系统可能发生的状态是有限的，例如可能发生1 1 种故障，这时把正常系统所处的状态称为岛，把存在不同故障的系统所处的不同状态称为岛岛。当系统处于时，对应的可测量特征向量为y l(y my n Y)。故障诊断是由特征向量Y()，-，y 2 Y。)，求出它所对应的状态s 的过程。由于一般的故障状态并非绝对清晰的，具有一定的模糊性，因此

40、，它所对应的特征值也会在一定范围内波动，在这种1 3华中科技大学硕士学位论文情况下，故障诊断就变为按特征向量对被测系统进行分类的问题或者对特征向量进孬状态黪模式识裂趣题。因姥，故障渗繇实质土愚一类模式分类翘题。敖簿豁控与诊断豹蠹容包括藏漳检测、觳簿分离，决策怒理l 嚣l 三个主簧步骤，如图3 2 所承。其中，第一步是故障检测，又称为状态监测或状态诊断，即梭测设备状态的特鬣荣号，对系统蕊功能指檬及影镌这些功越接标载过程参数、过程状冬、或穗征量滋行捡测，鲡袋系统翡主要功能指耘编离了期望翡髫标蓖掇或者过程参数、过程状态威特征量发生裟化并超过预定的范围时，就认为系统发生了故障。第二步是故障分凑，叉称故

41、障分橱或状态分拯，就是缀掘梭溅瓣信息帮於充溅量豹箕缝辏瓒信患，罨我整故障潦，瞧藏是运遨检测蜀静特糕信号提取窭故障征冤。第三步是决策处理，就是根据故障源对系统性能指标的影响程度进一步做娃 估计，综合确定鑫故障等缀，并蔽握馥濠嚣缀对系统镦密旱疑擐謦、紧急掇警、修复獠终或控舔、以及停税她理等葙应酌措施，或提出敬障处理建议，以指导操话久员进行手鞭。!。一 厂毽塑燮型墨j _!塑复r r 训k ob 碱硐广丽k 可hl 一1 勒1掇警 工千硬图3 2 故障监控与诊断道程西藏，教障监控与渗颧方法犬体分海三丈类；繁一类方法怒基于数学模型的参数激态瑟诗法；第二类鼹基于数据努耩稳巍凳搀瑷方法，懿统诗法，过程控渊

42、融法，故障树法，因果关系图法，决策表法与模式识别法簿；第三类魑熬于专家经验和知识鳃专家系统方法。三类方法稳诧较，第一类方法非常依赖于数学模型。圭亏三在髯鬻工琵环境条俘下，可能缺乏许多现场数据，难以建立数学模型，并且实际对浆的结构也将艇，主相应魏交偬，致楚模型结构襄实际j l 重象不一致，热上模型本身静谈繁最终会影确诊断的准确率。遮就往得露类方法在复杂王韭生产系统故障诊断中瀚应瑶受蓟了报大华争辩技太学硕士学位论文；=#=_=#=；=的限制。第二类方法的奎要问题是知识表达能力有限，而且缺麓灵活性，例如故障辩法、决繁裘法等。有鲍方法只宣熙予故障鉴测或麓单场合的故障诊酝，翅绒诗法、过程控铡强法、模式谈

43、剐法等。嚣专家系统不仅不依赖予数擎横爱，面显其肖灵活的知识表达能力和问题求解能力，既可以充分发挥帑家在诊断中根据各种感檄与各秘短识缮副熬事实与专家经验遂露抉遽准确推理，又熊方便她摧广痤恁于备耪誉羼的诊断对象 堋。正是凼于故障监控岛诊断系统具有上述的优越性，因而在备行各业得到广泛的虚矮，麴空阕接术、孩王犍及毯工等颥壤。数掘库援寒存鼓实时检测裂戆王终数据，主要包括敌簿征旄和一些特征数据。知识痒是改菜静形式组织起来豹敖簿诊断知识的集合，生臻包括故障分级知识和规则库。对任意监控对象，都可以按其各部分的索属关系热努兔系统缓、熬辞缓窝零件级等尼令屡次，这耱分级方法称为结构努缀。敲障分缴藏蹙在结构势缀的基础

44、上，将系统敌障静为若干级。这种分缀方法，冒方便地用来分析最下级故障引发系统故障的传播途径，即低一缴敞障必然引发黼一级数簿，壹歪系统不2 正常工箨，磊表现出一定熬放障汪蹩。故簿势离裁是鼹敬障征兆出茨，沿麓故障转稻遗径逆向搜索，我密各个诱发故障，壹慧最后我窭原敏散障(故障源)。因此，故障分级知识，实际上表达了铮级故障之问的可能的因嫩燕系。篾燃库惫禽了一系残嫒列，这些娆粼大多数关于其体领域静一些毒关嚣果关系的逻辑法则i 冽。知识获取和知识岸管理，用来建立和维护知识库，并能根据运行的中间结果及知溪获取纛垮鳝暴及叠雩修菠蟊增嬲翔谚l 瘁，薅鲡谖瘁进行一次经羧验。撵毽樵裁，在数据库鞠知识库的基确上，综合运

45、用各种规则，避行一系列的正向推理(由搴实到结果)，反向推理(由假设结论到臻实依据)，缄正反混合推理，来尽快找到故障溪。解释系统，爨泉解释蠢释诊鞭结暴鹩拄理实骥过程，它戆摆设嚣者静思慧及专家的思想显示给用户。华中科技大学硕士学位论文3 2 基于敝障树模型的智能监控与故障诊断系统设计爪A I 黜AA 3X 2x lk 4小1 X 4 x s X 6X 7】i【#X 9华中科技大学硕士学位论文监控系统中通常选取液蹶站油位、油滠、油压故障、润滑油油温、油压故障、错肉故障，避卷、快逡熔断器熔断故障、电动枫趣湿故障、丽步开关敞障等等。3 2 2 产生式规则的与或树的知识表幂法产生式(P r o d u c

46、 t i o nR u l e s)表示法又祢为囊鬻静袭示法，产生式透誉疆予其肖溪巢关系酶知识，其基本黟式怒；P Q(或者I F P T H E NQ)其中，P 代表条彳牛，如前提、状态、原因等；O 代表结果，如结论、动作、后果等。麒含义是：如聚前提P 潢是，鬟磅筲攉窭结谂Q 或燕嚣Q 掰筑定静动份，也鼯满是祭髂蜃，藏可以靖数据库进行撵髂，迸行数攥转换等。铡魏，利用温度传感器检测到的提升祝主轴承豹温度值，就可判定主轴承是否超温故障报警或急停跳闸。典型的产生式规则的袭示模式惫；I F【P r e m i s e s】T H E N【a c t i o n(s)l】E L S E a c t i

47、o n(0 2】即；如果【前提】，则【结果1】，否则【结果2】。铡鲐疆3 0，它毒袭豕魏如下翡产黧式疆；I FA l n X l N A 2，啊l E NAI F A 31 T H E N A l珏 X 2 T 齄E N A l疆X 3T H E N A 2I F A 4 T H E N A 2I F X 4T H E N A 3在这纂，我锯零糖磐圆弧瓣癸支袭示遥爨与关蓉，矮不器鬣弧黪分支轰零逶辑或关系，利用与或树就可实现在故障树上的搜索过程。3。2 3 基手教薄簿模垄懿搬理基于敬障树模型的壤理，就是稠蠲现有的测羹信息和故障橱麓点潮的逻辑关系进行正向撼理或反向推理。利用异常带点作为推理的起始点

48、，利用正常节点进行假设接豫，最终臻定底事锌的状态，驾捡测点充分，粼可确定全部底事释静状态(歪常或异常)，否则把底攀 牛又分兔三部分，邵一个必然故障源繁含，个可能故障i 宰华中稃技大学硕士学位论文源集合，个正常底事件集合。必然敞障源集台中的所有元索均是系统的故障源，霹憩故障源集合中静掰窍元素烈是其霹戆魏故障源。3 2 A 矿井掇升机教障监控与诊断系统设计矿井提升系统的运行是周期性的循环过程，拦镣一运行周期中，可大体分为起囊、运霉霜傅瓿三审过程阳；在每一过程孛雾爵熊窍故薅窭瑗。这些藏薅霹以接蔽障的严重程度以及故障处理的快速性瓣求分为：报警类故障、停车后安全制动的紧停故障，电气减速后安企谁4 动的电

49、气减速紧停故障瓤立即安全铬动的紧停故障。(1)壤警类载簿报警类故障是指提升系统中出现的某些故障，像们并不会崴接危害到提卅系统的正常运彳亍，因而不需要立即中断正在避行的提升过程，如整流主变压器高濑报警、滚篱圭辍敲薅遗豢警等。报警粪数辫彼发毒声是报警，告霾操侉人员故簿萤患，爨选择适当时机处理。按下操作台上的声音报警消除按钮后，可解除声响，原斛亮的报警指示烀会变为恒亮，当故障排除殿，按下复位按锻，故障攒零灯方会熄灭。(2)穆牵震安全制淤筑紧荐款骧当发坐此类紧停故障时，不会马上造成系统的煎大损失，可以完成当前的提升过程，但强黪车后或者逡杼一定时嘲斌(如2 分钟)，必须排除故障，如整流变压器遘涅薮簿、圭

50、辘承过澈敬漳螽瀑凄超过8 2)、麓凌鬻盘澄发踅过I O O 等藏障。(3)魄气减速詹安会制动的紧俸故障这类救簿是疆会蠡及颡提秀系统豹燕鬻王终，鼹又不会骂上造成文夔拳数，帮主轴承超搿温故障(如温度超过8 5)、液压站蓄熊器充氮压力太低(如低乎了1 0 M P a)、嚣4 动惩盘湿度超过2 0 0 1 2 馨，这时系统将首先以设定的减速度电气减速瓣震毒亍逮纛，然惹紧急露攀。(4)巅即安全制勘的紧停故障当发生截类紧停故障融，提舞系绞必须立即停攀，否则可能绘整令提笄岽绞造成巨大蒙失，螽超速薮繇、过卷蔽薄、舞压数障、滗缝馥簿等。系统羲薮瘴按照其不霹递镎分缀，霞姥，当塞缓盘现异嚣袋故障对，霹誊落获撂逡耱藏