矿井主扇风机远程监测及故障诊断系统
【摘要】本系统以西门子S7-200系列PLC作为控制核心，通过应用先进可靠的传感器以及人机界面触摸屏和上位机的组态软件，实现了对主扇风机的性能状态参数、电机的电气参数的实时监测，并采用PowerBuilder9.0系统开发软件构建风机的故障诊断专家系统，实现对风机故障的全面诊断，并提供准确的专家意见和维修方案。采用先进的以太环网技术实现上位机与现场控制系统的通讯。实现了主扇风机的自动化管理, 保证了风机运行的可靠性和稳定性。
上位机软件开发培训【关键词】PLC；人机界面；主扇风机；监测；故障诊断；以太环网
0.引言
随着社会的不断发展和科学技术水平的提高，建设智能化、集成化以及本质安全型矿山已成为矿山建设的本质核心[1-2]。矿井主扇风机作为煤矿生产最为重要的大型固定设备，在保障矿井通风安全和作业矿工人身安全灯方面，都起着不可替代的决定性作用。矿井条件比较复杂，矿井空气在流经各作业场所集聚很多粉尘，瓦斯浓度过高会给矿井的安全带来极大地威胁。所以，主扇风机能否正常运行对煤矿的安全生产至关重要。矿井主扇风机工作时工作电流过大，
电压过高，工作环境过于恶劣，因此必须建立煤矿主扇风机实时监测和故障诊断系统来保障风机平稳，可靠的运行以及对故障的诊断和提前预防。
1.系统整体结构
矿井主扇风机远程监测及故障诊断系统总体结构，采用三层集散式结构框架，以可编程序控制器PLC为控制核心，将传感器采集到的风机各项参数经过处理，采用西门子以太网模块将各数据与视频信号同时通过千兆以太环网远传给上位监控机，同时现场采用人机界面触摸屏对主扇风机的各项参数实现现场实时显示，同时可实现对主扇风机的现场控制和参数限值调定。上位机采用组态软件创建风机远程监测动态画面，实现上位机对主扇风机的远程监测控制，采用Power Builder 9.0系统工具为开发平台，构建主扇风机故障诊断专家系统。综合运用故障诊断规则，对主扇风机的故障进行一系列的推理分析，最终实现对风机各项故障的快速定位，为主扇风机的安全运行和及时维护提供了可靠保障。
2.下位机数据采集及控制系统
2.1数据采集系统
现场数据采集与处理系统以西门子可编程序控制器224XP型号PLC作为数据采集与处理的核心，需要进行检测的项目有两台主扇风机的性能参数、电机的电气参数、轴承温度、电机振动。系统对电机绕组及轴承温度的测量使用电机中的PT100热电阻与EDA9018温度采集模块配合实现，由于风机距离控制柜较远（一般为40m左右），所以采用三线制接法：铂电阻一端接I+，另一端两根线分别接到I-端和AGND。三线制接法应用于同规格和同长度的导线，其中一线用做补偿电阻；对流量监测的核心任务是监测气体在流经风机时经过两个截面积不同的断面时所产生的负压力值，因此系统采用4只微差压变送器，分别将两台风机的4个断面处的负压力转换为4～20mA的电流信号，送到PLC模拟量扩展模块EM231中，PLC通过采集模拟量模块送来的电流数据，换算得到对应的静/全压值，进而通过运算得出气体的流量值；电动机的振动检测是设备维修及预防设备故障的前提，系统的振动检测采用BVM-200B一体化型振动变送器；选用 CGD-I-1Ex 载体热催化型瓦斯传感器检测系统的瓦斯浓度，该传感器具有高可靠性和准确性、良好的抗干扰性、良好的性能价格比、防爆外壳、坚固耐用等优点。
2.2人机界面触摸屏
人机界面触摸屏是主扇风机监测系统现场数据显示和控制的面板，根据本系统的设计要求和实际需要，分别对两台主扇风机的数据监测实时画面、运行控制画面、和参数设置画面进行了开发。数据监测画面主要实现对两台主扇风机各项检测参数的现场实时显示，方便工作人员在现场对风机的性能进行全面、直观的了解；运行控制画面可实现对风机的启停控制和风门开关控制等；参数设置画面用于现场工作人员根据实际情况对风机各项参数的限值进行设置，保证对风机超限参数的准确报警。
3.上位机远程监测及预警系统
系统在上位机采用组态软件创建主扇风机的远程监测动态画面，其根据风机的结构进行上位机组态虚拟结构绘图[3]，并创建相应的管道开机流动动画，保证现场操作人员对风机运行状态进行有效地区分，避免误操作。风机远程监测的主画面，可实现对两太主扇风机各项检测参数以及运行状态的实时显示，同时并行设置视频监控、数据查询、曲线查询、参数设置等多项功能，实现对风机的多角度综合监测。
通过对主扇风机振动信号的实时曲线和历史曲线的设置，可以直观的对两台主扇风机的振动幅度进行查询，方便调度室工作人员对主扇风机的运行情况的性能进行了解和评估。
4.风机故障诊断专家系统
矿井主扇风机故障诊断专家系统由知识库、数据库、人机接口、推理机、知识获取机制和解释机制六部分组成。其核心部分为知识库和推理机[4]。故障诊断是在风机的状态监测与信号分析处理的基础上进行的，通过故障诊断专家系统可实现对主扇风机故障的性质和程度、产生原因或发生部位进行诊断，并对风机的性能和故障发展趋势进行预测。矿井主扇风机故障诊断专家系统用户界面，以PowerBuilder 9.0专家系统工具为开发平台，可实现对主扇风机故障的多极化精确推理，推断出风机故障的准确位置，并提供相应的维修方法和解决方案。
4.1知识库
知识库是整个风机故障诊断专家系统的核心，系统的各项操作都必须以知识库为纽带，故障诊断、维修专家可通过经验知识输入界面将专家经验输入至知识库管理模块，再通过知识库转换程序最终存储在知识库中。知识库中存储大量的风机故障案例以及故障诊断、维修专家的经验，在处理实际问题时，专家系统会从知识库中调用相应的知识，例如对主扇风机电机振动的故障诊断，输入风机的故障征兆，“随转速变化明显”和“高转速时显著增大”两条故障征兆，进行一手推理，则知识库则会给出相应的推断结果，并给出其可信度值，随着故障征兆
的不断细化，则会最终得出精确的系统故障结果。构建主扇风机故障诊断专家系统的知识库是一个循序渐进的过程，不能一蹴而就，在系统实际的运行工作中，还要经过反复的修改和补充，实现专家系统的不断优化，最终才会得到比较缜密和精确的诊断结果。
4.2推理机
推理机实际上是一组计算机程序，跟据用户在用户界面(人机接口)输入的主扇风机诊断任务来调用知识库中相关的经验知识和规则，再按照一定的规则进行精确化匹配，从知识库中推导出风机的故障原因及维护方法，再以解释程序为平台，向用户解释故障诊断专家系统的行为，回答用户提出的诊断任务。解释程序作为专家系统的一个重要的子系统，有助于用户对风机故障细节的掌握，及时发现专家系统存在的漏洞和错误并进一步改进、完善专家系统。
5.结语
矿井主扇风机远程监测及故障诊断专家系统实现了对两台主扇风机的远程集中控制、风机各项参数远程监测以及故障诊断、推理，将主扇风机的远程实时监控、超限报警以及故障诊断多系统集成化。运用专家系统开发工具和庞大的数据库系统构建风机的故障诊断专家系统，
对风机出现的不同故障进行推理分析，准确的判断主扇风机的故障类型和故障走向，并给出相应的经验处理、维修方案，避免了盲目性维修，大大降低了维修成本，保证了主扇风机的稳定运行和煤矿的安全生产。为矿山的安全、稳定运营提供了有效地保障。　[科]
【参考文献】
［１］赵洪刚，黄鹤松，薛琳，朱述川.主扇风机在线特性监测装置的设计.煤矿机械，2010,31(8):231-234.
［２］黄加东,仲大庆. 风机振动故障的状态监测与处理[J].中国设备工程,2004,(5):41-42.
［３］李卫军.大型风机的在线监测[J].中国设备工程,2003,(10):29-30.
［４］刘璇斐,何国庚,李嘉,徐智求,余勇.涂娅莉空分系统中空压机系统故障诊断专家系统的研究.空压机技术，2006(6):17-20.

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