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摘要：为了满足矿山的生产要求和实现空压机的节能降耗，以上位机组态软件为开发平台，采用可编程序控制器PLC为控制核心，设计了一套集远程控制和故障诊断预警于一身的空压机智能控制系统。对空压机的智能联控、故障诊断以及故障报警死区等关键性技术进行了研究和开发设计，实现了对空压机的远程集中控制、故障报警和设备故障诊断功能，提高了矿山生产的安全性和可靠性，降低了能源和成本消耗。
关键词：能；组态；可编程序控制器；联控；故障诊断；报警死区；
【中图分类号】TD443.2；TP273.5
引言：随着自动化水平的提高和资源的枯竭，建设自动化节能化的矿山化为核心，作为动力源，能否在矿山中安全的生产有着至关重要的影响，实现远程操纵十分重要[1]
0 故障诊断及预警功能
0.1 故障诊断专家系统
空压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。故障诊断是在空压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空压机故障的性质和程度、产生原因或发生部位进行诊断，并对空压机的性能和故障发展趋势进行预测[3]。
空压机故障诊断专家系统界面如图2所示，以Power Builder 9.0专家系统工具为开发平台，可实现对空压机故障多极化推理，推理结果的可信度分析以及提供故障解决方案。采用SQL Server 2000数据库系统建立强大的空压机故障知识库，利用故障树分析法构造故障树模型对空压机的故障进行诊断、推理。
0.2 故障延时预警和报警死区
空压机故障延时预警是指对空压机控制系统产生的报警信息并不立即提供显示和记录，而是先进行延时，延时时间由操作员根据设备实际情况进行设定，在延时时间到时，如果该报警不存在，表明报警可能是一个误报警，不用理会，系统自动清除；如果延时到后，该报警还存在，表明这是一个真实的报警，系统将其添加到报警缓冲区中，进行显示和记录。
对于空压机各项参数的超限报警，可以对其报警死区进行定义设置。报警死区的原理图如图5所示。报警死区的作用是为了防止空压机的某一项检测参数在报警设定限值附近频繁波动时，可能产生许多不真实的报警，因此，可以在每项参数的报警限值上下增加一个报警限的阈值，使原报警限界线变为一条报警限带，当变量的值在报警限带范围内变化时， 不会产生或恢复报警，而一旦超出该范围时，才产生报警信息。这样可以有效地消除波动信号产生的无效报警。
1 上位机组态画面
上位机采用组态软件创建空压机远程集控动态画面，根据空压机的结构进行上位机组态虚拟结构绘图，并创建相应的管道开机流动动画，保证现场操作人员对空压机运行状态进行有效地区分，避免误操作。对每台空压机创建相应的远程启动、停止操作按钮，实现对空压机的远程启动、停止操作，空压机远程控制按钮的设计采用三层嵌入式保险设计；主界面设置有单控/联控按钮，实现空压机的单机控制和联动控制之间的切换；在空压机的主界面还设计了空压机参数显示模块，可实现对空压机各项参数和状态的远程显示，如空压机的母管压力，单控/联控状态、运行状态、运行时间、温度、压力等。
2 故障诊断及预警功能
2.1 故障诊断专家系统
空压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。故障诊断是在空压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空压机故障的性质和程度、产生原因或发生部位进行诊断，并对空压机的性能和故障发展趋势进行预测[3]。
空压机故障树模型示意图如图3所示，以空压机系统故障为顶事件，采用自顶向下的反向推理，推出可能导致空压机系统发生故障的中间事件，如轴承故障，油压过低故障等故障原因；再由中间事件推出可能引发中间事件的底事件，如轴承故障有可能是由于轴承损坏或轴承间隙过大引起。因此，空压机故障树模型是用逻辑门表示空压机故障之间联系的一种倒树状结构[4]。空压机故障诊断专家系统根据空压机的构造及功能的逻辑关系，构造出一系列的逻辑故障树，存放于模型数据库中，供空压机故障诊断专家系统使用。
2.2 故障延时预警和报警死区
空压机故障延时预警是指对空压机控制系统产生的报警信息并不立即提供显示和记录，而是先进行延时，延时时间由操作员根据设备实际情况进行设定，在延时时间到时，如果该报警不存在，表明报警可能是一个误报警，不用理会，系统自动清除；如果延时到后，该报警还存在，表明这是一个真实的报警，系统将其添加到报警缓冲区中，进行显示和记录。
空压机故障延时预警的原理图如图4所示。图中虚线表示空压机某一项参数刚产生报警时的变量曲线，实线表示延时后的变量曲线。变量数据变化时在t1时刻产生报警，此时开始进行报警延时，如果经过延时时间T后，该变量数值依然在报警限值之上，如图4（a）所示，此时系统确定有报警产生；如果经延时时间T后，该变量数值已回到报警限值之下，如图4（b）所示，则系统会自动判断为误报警，不再产生报警。例如空压机在启动时，如图4所示，电流会瞬间达到运行时电流的5～8倍。因此，对于电流的超限故障报警必须添加延时时间，滤除空压机启动瞬间的电流区域，避免由于空压机启动瞬间产生的电流超限误报警。
对于空压机各项参数的超限报警，可以对其报警死区进行定义设置。报警死区的原理图如图5所示。报警死区的作用是为了防止空压机的某一项检测参数在报警设定限值附近频繁波动时，可能产生许多不真实的报警，因此，可以在每项参数的报警限值上下增加一个报警限的阈值，使原报警限界线变为一条报警限带，当变量的值在报警限带范围内变化时， 不会产生或恢复报警，而一旦超出该范围时，才产生报警信息。这样可以有效地消除波动信号产生的无效报警。
3 上位机组态画面
上位机采用组态软件创建空压机远程集控动态画面，根据空压机的结构进行上位机组态虚拟结构绘图，并创建相应的管道开机流动动画，保证现场操作人员对空压机运行状态进行有效地区分，避免误操作。对每台空压机创建相应的远程启动、停止操作按钮，实现对空压机的远程启动、停止操作，空压机远程控制按钮的设计采用三层嵌入式保险设计；主界面设置有单控/联控按钮，实现空压机的单机控制和联动控制之间的切换；在空压机的主界面还设计了空压机参数显示模块，可实现对空压机各项参数和状态的远程显示，如空压机的母管压力，单控/联控状态、运行状态、运行时间、温度、压力等。
4 结语
空压机智能联控及故障诊断预警系统实现了对多台空压机组的远程集中控制和智能联动控制，提高了空压机的工作效率，有效地降低了电能消耗；采用故障树分析方法对空压机故障诊断和分析推理，将仪表传感器的监测与故障诊断相结合，提高故障诊断的精确度；并对空压机延时报警和报警死区等问题进行了解决，提高了空压机故障报警的准确性，为矿山的安全生产和稳定运营提供了有效地保障。
参考文献
[1] 于芹，翁正新，苏成.基于现场总线与 PLC的空压机远程监控系统[J].控制系统，2008，24（3）：1-3.
[2] 郑辉，梁彦.MCGS与PLC在空压机联机控制中的应用[J].自动控制，2008，37（11）：76-78.
[3] 潘全文，艾弘飞，房振旭.专家系统的基本原理和基于 CLIPS的专家系统设计与实现[J].飞机设计，2004，12（4）：78-80.
[4] 朱大奇，于盛林，劉文波.基于故障树及虚拟仪器的电子部件故障诊断研究[J].仪器仪表学报，2002，16（1）：16-19.
关键词：能；组态；可编程序控制器；联控；故障诊断；报警死区；
【中图分类号】TD443.2；TP273.5
引言：随着自动化水平的提高和资源的枯竭，建设自动化节能化的矿山化为核心，作为动力源，能否在矿山中安全的生产有着至关重要的影响，实现远程操纵十分重要[1]
0 故障诊断及预警功能
0.1 故障诊断专家系统
空压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。故障诊断是在空压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空压机故障的性质和程度、产生原因或发生部位进行诊断，并对空压机的性能和故障发展趋势进行预测[3]。
空压机故障诊断专家系统界面如图2所示，以Power Builder 9.0专家系统工具为开发平台，可实现对空压机故障多极化推理，推理结果的可信度分析以及提供故障解决方案。采用SQL Server 2000数据库系统建立强大的空压机故障知识库，利用故障树分析法构造故障树模型对空压机的故障进行诊断、推理。
0.2 故障延时预警和报警死区
空压机故障延时预警是指对空压机控制系统产生的报警信息并不立即提供显示和记录，而是先进行延时，延时时间由操作员根据设备实际情况进行设定，在延时时间到时，如果该报警不存在，表明报警可能是一个误报警，不用理会，系统自动清除；如果延时到后，该报警还存在，表明这是一个真实的报警，系统将其添加到报警缓冲区中，进行显示和记录。
对于空压机各项参数的超限报警，可以对其报警死区进行定义设置。报警死区的原理图如图5所示。报警死区的作用是为了防止空压机的某一项检测参数在报警设定限值附近频繁波动时，可能产生许多不真实的报警，因此，可以在每项参数的报警限值上下增加一个报警限的阈值，使原报警限界线变为一条报警限带，当变量的值在报警限带范围内变化时， 不会产生或恢复报警，而一旦超出该范围时，才产生报警信息。这样可以有效地消除波动信号产生的无效报警。
1 上位机组态画面
上位机采用组态软件创建空压机远程集控动态画面，根据空压机的结构进行上位机组态虚拟结构绘图，并创建相应的管道开机流动动画，保证现场操作人员对空压机运行状态进行有效地区分，避免误操作。对每台空压机创建相应的远程启动、停止操作按钮，实现对空压机的远程启动、停止操作，空压机远程控制按钮的设计采用三层嵌入式保险设计；主界面设置有单控/联控按钮，实现空压机的单机控制和联动控制之间的切换；在空压机的主界面还设计了空压机参数显示模块，可实现对空压机各项参数和状态的远程显示，如空压机的母管压力，单控/联控状态、运行状态、运行时间、温度、压力等。
2 故障诊断及预警功能
2.1 故障诊断专家系统
空压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。故障诊断是在空压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空压机故障的性质和程度、产生原因或发生部位进行诊断，并对空压机的性能和故障发展趋势进行预测[3]。
空压机故障树模型示意图如图3所示，以空压机系统故障为顶事件，采用自顶向下的反向推理，推出可能导致空压机系统发生故障的中间事件，如轴承故障，油压过低故障等故障原因；再由中间事件推出可能引发中间事件的底事件，如轴承故障有可能是由于轴承损坏或轴承间隙过大引起。因此，空压机故障树模型是用逻辑门表示空压机故障之间联系的一种倒树状结构[4]。空压机故障诊断专家系统根据空压机的构造及功能的逻辑关系，构造出一系列的逻辑故障树，存放于模型数据库中，供空压机故障诊断专家系统使用。
2.2 故障延时预警和报警死区
空压机故障延时预警是指对空压机控制系统产生的报警信息并不立即提供显示和记录，而是先进行延时，延时时间由操作员根据设备实际情况进行设定，在延时时间到时，如果该报警不存在，表明报警可能是一个误报警，不用理会，系统自动清除；如果延时到后，该报警还存在，表明这是一个真实的报警，系统将其添加到报警缓冲区中，进行显示和记录。
空压机故障延时预警的原理图如图4所示。图中虚线表示空压机某一项参数刚产生报警时的变量曲线，实线表示延时后的变量曲线。变量数据变化时在t1时刻产生报警，此时开始进行报警延时，如果经过延时时间T后，该变量数值依然在报警限值之上，如图4（a）所示，此时系统确定有报警产生；如果经延时时间T后，该变量数值已回到报警限值之下，如图4（b）所示，则系统会自动判断为误报警，不再产生报警。例如空压机在启动时，如图4所示，电流会瞬间达到运行时电流的5～8倍。因此，对于电流的超限故障报警必须添加延时时间，滤除空压机启动瞬间的电流区域，避免由于空压机启动瞬间产生的电流超限误报警。
对于空压机各项参数的超限报警，可以对其报警死区进行定义设置。报警死区的原理图如图5所示。报警死区的作用是为了防止空压机的某一项检测参数在报警设定限值附近频繁波动时，可能产生许多不真实的报警，因此，可以在每项参数的报警限值上下增加一个报警限的阈值，使原报警限界线变为一条报警限带，当变量的值在报警限带范围内变化时， 不会产生或恢复报警，而一旦超出该范围时，才产生报警信息。这样可以有效地消除波动信号产生的无效报警。
3 上位机组态画面
上位机采用组态软件创建空压机远程集控动态画面，根据空压机的结构进行上位机组态虚拟结构绘图，并创建相应的管道开机流动动画，保证现场操作人员对空压机运行状态进行有效地区分，避免误操作。对每台空压机创建相应的远程启动、停止操作按钮，实现对空压机的远程启动、停止操作，空压机远程控制按钮的设计采用三层嵌入式保险设计；主界面设置有单控/联控按钮，实现空压机的单机控制和联动控制之间的切换；在空压机的主界面还设计了空压机参数显示模块，可实现对空压机各项参数和状态的远程显示，如空压机的母管压力，单控/联控状态、运行状态、运行时间、温度、压力等。
4 结语
空压机智能联控及故障诊断预警系统实现了对多台空压机组的远程集中控制和智能联动控制，提高了空压机的工作效率，有效地降低了电能消耗；采用故障树分析方法对空压机故障诊断和分析推理，将仪表传感器的监测与故障诊断相结合，提高故障诊断的精确度；并对空压机延时报警和报警死区等问题进行了解决，提高了空压机故障报警的准确性，为矿山的安全生产和稳定运营提供了有效地保障。
参考文献
[1] 于芹，翁正新，苏成.基于现场总线与 PLC的空压机远程监控系统[J].控制系统，2008，24（3）：1-3.
[2] 郑辉，梁彦.MCGS与PLC在空压机联机控制中的应用[J].自动控制，2008，37（11）：76-78.
[3] 潘全文，艾弘飞，房振旭.专家系统的基本原理和基于 CLIPS的专家系统设计与实现[J].飞机设计，2004，12（4）：78-80.
[4] 朱大奇，于盛林，劉文波.基于故障树及虚拟仪器的电子部件故障诊断研究[J].仪器仪表学报，2002，16（1）：16-19.