秦 刚

（山西晋煤集团坪上煤业有限公司，山西 晋城 048000）

1 引言

提升机是大型的机组设备，组成系统的复杂性决定其故障发生的不确定性和故障形式的多样化。一旦发生故障，不仅直接影响矿山的经济效益和生产能力，并且会威胁到井下作业与管理人员的生命安全。在提升机的实时运行中，故障的产生并不是单一出现的，一种故障经常会导致多种故障的出现。同一种故障征兆可能对应几种不同的故障原因，或者同一种故障原因又可能引起几种不同的故障征兆。故障的发生呈现耦合状态，可否正确找到故障源就格外重要。为此，作者研究了基于组态王平台的矿井提升机状态监测与故障诊断系统。

2 提升机组成与常见故障

矿井提升机主要包括运行系统、制动系统、润滑系统、控制系统、绳衬系统、主轴系统、操作和观测系统等部分。通过资料查询、现场收集以及试验测试等方法收集提升机运行系统和制动系统的常见故障，以多绳摩擦式提升机为例，用故障树的形式表达常见故障如图1 所示。

3 故障诊断系统设计

系统设计包括三个部分：现场数据采集、规则获取和故障诊断系统。故障诊断系统结构图如图2所示。

（1）现场数据采集

利用研华的工业控制计算机作为硬件主支撑、组态软件KingView6.53 监测平台作为软件主支撑。一则通过 S7-300 PLC 的 I/ O 模块直接读取提升机状态参数：二则通过PCI1713 板卡读取加速度振动传感器的振动信号，此传感器安装于提升机的轴承座上，从而完成数据的采集。

（2）故障诊断推理机

现场采集的信息量常常含有不确定性、随机性及模糊性，大多的数据是不需要的，是属于冗余数据。有效地除去不需要的数据，获得更符合生产现场更加简单的有效决策规则，是故障诊断的关键。在决策信息系统中，有众多的条件属性，从这众多的条件属性中分析选取出需要的属性就是属性约简。假设一个决策表中有N 个条件属性，就会产生2N-1 个约简结果，实际需要的只是其中一个最能表达决策意图并且最简单的那一种。进行条件属性约简时，根据取不同的等价关系得到n 种约简，其每个约简对应一个简化的决策表，每个决策表约简后会产生对应的集合规则。利用粗糙隶属度函数计算相应规则计算置信度μ，当μ＞=0.8 时，计入规则集，从而形成故障诊断知识库。粗糙隶属度函数如下。

设一个知识系统为S=（U，R） ，设iR R⊆ ，X U⊆ ，x U⊆ ，则：

故障诊断流程如图3 所示。

图1 提升机组成以及常见故障

图2 故障诊断系统结构图

图3 故障诊断推理机图

（3）系统功能设计

系统的核心部分是软件系统的开发与设计，软件的选用必须和硬件相符合，本系统选用组态王软件作为整个监测系统的基本平台，并结合 SQLServer 数据库，完成了对矿井提升机故障的在线监测以及数据的传输与存储。系统功能设计有： 用户登录与管理功能、技术参数查询功能、监测实时画面功能、数据报表功能、在线故障诊断、报警记录功能。

① 监测实时画面功能：能够真实地描绘现场，有实时曲线和实时数据两种表达方式。能够实时地显示提升系统的运行状态，包括罐笼位置、速度、提升方向、制动油压、电机电流等，并与实际工作状态同步。

② 数据报表功能：数据报表有实时数据报表和历史数据报表功能，可实现报表打印、打印预览、报表设置、报表保存等功能，同时会以生成报表的形式送到诊断中心供参考。可进行历史数据查询，根据需要查询内容的起止时间和查询间隔，从历史库中查询指定变量的数据，填写到指定的报表上，并可进行保存与打印。

③ 报警记录功能：当监测变量超出预定设计值时，系统会把报警记录写入报警界面中，生成报警记录。同时报警灯从暗灰色变为红色，产生报警信号。对提升机运行具有监测和保护功能，及时发现并排除故障隐患。

系统监测画面如图4 所示。

图4 实时监测画面

4 试验研究

本文以坪上煤业副立井提升机为研究对象，模拟制动系统和运行系统常见故障为样本，故障用Di(i=1,2 ┈6)集合表示，故障征兆采用布尔型属性值0 或者1，用来判别故障的有无发生，用Ci(i=1,2 ┈8)集合表示。现场收集数据102 组，提取其中78 组成立故障决策表。故障样本如表1 所示。

（1）故障样本

表1 故障样本

（2）决策表的创建，如表2 所示。

表2 决策表的创建

（3）条件属性约简，如表3 所示。

表3 条件属性约简表

（4）属性值约简，如表4 所示。

表4 属性值约简表

（5）约简后最终决策表，并计算粗糙隶属度，如表5 所示。

表5 约简对应决策表

选取置信度为0.8，由此得到有效选规则集合，故障的原因与位置较符合坪上煤业矿井提升机实际运行状态。约简对应规则集如表6 所示。

表6 约简对应规则集

5 结论

本文将装备故障诊断技术与数据库技术融合起来，研究出一组基于组态王平台的矿井提升机状态监测与故障诊断系统，并进行相应的试验研究。试验结果表明：该监测与诊断系统能真实地反映矿井提升机运行状态，并能实时了解和发现矿山设备是否出现故障。一旦出现故障，则及时采取相应的措施，避免事故的发生及事故带来的巨大经济损失，从而实现按状态维修。