摘要：攀鋼煤化工廠二期的三臺煤氣鼓風機是攀鋼的關鍵設備，于2001年，針對三臺鼓風機，安裝了一套重慶大學研制的“煤氣鼓風機在線振動監測診斷系統”，做到了無故障時放心運行，有故障時及時報警。但是，當有故障報警后，由于現場操作人員和技術人員不具備專業的動態振動信號分析和故障精密診斷的理論知識和經驗，針對不同的現象不善于選用不同的振動信號分析方法，不善于根據振動信號分析的各種圖譜診斷故障種類、原因、部位和嚴重程度。本文結合現場實際，介紹了煤氣鼓風機專家系統的研究與實施。
關鍵詞：煤氣鼓風機、專家系統、智能診斷

1 現狀分析
       攀鋼煤化工廠二期的三臺煤氣鼓風機是攀鋼的關鍵設備，于2001年，針對三臺鼓風機，安裝了一套重慶大學研制的“煤氣鼓風機在線振動監測診斷系統”，做到了無故障時放心運行，有故障時及時報警。但是，當有故障報警后，由于現場操作人員和技術人員不具備專業的動態振動信號分析和故障精密診斷的理論知識和經驗，針對不同的現象不善于選用不同的振動信號分析方法，不善于根據振動信號分析的各種圖譜診斷故障種類、原因、部位和嚴重程度。
       這三臺機組的故障種類多，且許多故障非常隱蔽，如軸向竄動、轉子碰摩、滑動軸承油膜共振、滾動軸承故障、齒輪故障、不平衡、不對中等。當有故障報警后，不及時診斷故障種類、原因、部位和嚴重程度，將嚴重影響煤氣鼓風機組運行的經濟性和安全性，嚴重影響正常生產。一旦煤氣鼓風機發生事故，將導致生產系統癱瘓，并產生重大污染和嚴重的經濟損失。所以，非常有必要在現有的“煤氣鼓風機在線振動監測診斷系統”有關硬件軟件的基礎上，增加“煤氣鼓風機診斷專家系統”功能。
煤氣鼓風機組由電動機、液力耦合器、增速器及鼓風機組成，相互之間由齒輪聯軸器聯結。除了液力耦合器為滾動軸承外，其它設備為滑動軸承。有關主要參數如下：
A電機
型    號：YK1000-2/990        功    率： 1000KW
轉    速： 2975rpm 
B液力耦合器
型    號：GST50     
C增速器
型    號：GYD-350-1320/1.522    圓弧圓柱齒輪
增 速 比：1.522            Z1=102     Z2=67
D煤氣鼓風機
型    號：D1200—1.16/0.86  入口壓力：0.084Mpa
進口流量：1200 m3/mim       排出壓力：0.114Mpa
額定轉速：4407r/min         實際轉速：4000～4200r/min
葉輪直徑：1.19m             葉 片 數：20

2系統基本技術方案
2.1測點布置
      系統測點布置圖如圖1所示，RPM為轉速傳感器，檢測煤氣鼓風機實際轉速，實現信號同步平均，去除干擾信號, 轉速傳感器信號也是動平衡的鑒相信號。S15為推力軸承軸向位移傳感器，檢測煤氣鼓風機轉子軸向竄動信號。對高壓泵自由端進行少量改裝，就可安裝RPM和S15傳感器。S11～S14為安裝在煤氣鼓風機軸承座上直接測量煤氣鼓風機轉軸的振動信號，S1～S10為安裝在軸承座上的速度傳感器，對檢測的速度信號進行積分變換，可轉換為振動位移信號，從而便于和有關標準對比。檢測的信號頻率范圍是1－2000Hz，比常規檢測儀器的檢測范圍（20－100Hz）寬、精度高、性能穩定。

 圖1： 系統測點布置圖
2.2項目內容
      診斷專家系統具有三大基本功能：a.在線智能診斷軟件，包括：與“在線振動監測診斷系統接口”，智能化推理算法，數據處理器，圖形化模糊神經網絡專家知識庫，綜合的動態聯接庫數據通訊模塊；b.離線專家診斷系統軟件，包括：振動監測與故障診斷培訓系統，機械故障模擬試驗臺，信號分析測試系統，機器建摸和故障仿真，振動診斷案例實踐與應用，故障診斷參考中心，智能頻譜分析系統；c.現場動平衡系統，包括：動平衡故障判別模塊，接口模塊，一倍頻振動幅值、相位計算模塊，影響系數法，動平衡配重及效果評價。
       智能診斷是本項目的關鍵。例如：利用頻譜分析方法，可在頻域中將動態信號分為低頻、中頻和高頻，在低頻內主要包含了轉子不平衡、不對中、竄動、主軸彎曲、機座松動、油膜渦動、水泵葉片等故障；在中頻內主要包含了齒輪故障、轉子碰磨，共振頻帶等故障；在高頻內主要包含了流體噪聲、沖擊脈沖、流體空穴、結構共振、流體振蕩等故障。以上各種故障具有不同的頻率和不同的頻譜結構，故障的嚴重程度由其對應的頻率幅值高低來表示。此外，利用波形分析、軸心軌跡分析、數字濾波分析、解調分析、通頻全息譜分析等方法也能得到許多有用的分析結果。
本項目的基本要求是：在線監測的同時，實時顯示軸向竄動、轉子碰摩、滑動軸承油膜共振、滾動軸承故障、齒輪故障、不平衡、不對中等故障的種類、原因、部位和嚴重程度。也可離線人機交互式進行精密智能診斷。不平衡故障時，進行現場動平衡。解決原系統部分硬件老化，軟件功能不完善等問題。
項目內容包括：
2.2.1實現煤氣鼓風機軸承診斷數據庫，軸系故障診斷，齒輪箱故障診斷，診斷知識庫可編輯，自動生成完整的診斷報告。
2.2.2實現波形回收，可選自動或手動、批量或單一波形回收、自動命名或人工命名，Windows資源管理器風格，操作方便。
2.2.3采用Microsoft SQL Sever2000數據庫，實現煤氣鼓風機分級數據管理。
2.2.4自動生成測試報告，波形瀏覽器和多種頻譜分析。
2.2.5處理好歷史記錄保存、自動清理、備份、輸出、打印等問題。
2.2.6提供基于實時采集數據和歷史數據的旋轉機械故障特征和發展趨勢報告，提供基于故障特征的維修方案和措施等。
2.2.7注明程序軟件語言等，具備用戶接口，對用戶為開放式系統。
2.2.8升級、改進“煤氣鼓風機在線振動監測診斷系統”在線和離線數據精密軟件，在線監測部分的軟件中增加在線智能診斷功能。
2.2.9建立故障知識庫、模擬試驗平臺，實現煤氣鼓風機組離線智能故障診斷。
2.2.10建立設備故障診斷知識的培訓系統，使工作人員加深故障診斷有關知識的理解，有助于提高設備維修管理水平。
2.3專家系統的結構和基本組成
專家系統的結構如圖2所示：

圖2：專家系統結構圖

2.3.1知識庫：存放問題求解需要的領域知識。知識的種類一般包括作為專家經驗的判斷性知識以及描述各種事實的知識。知識的表示形式可以是多樣的，包括規則、框架及語義網絡等。
2.3.2綜合數據庫：用于存放系統運行過程中所需要的原始數據和產生的所有信息，包括用戶提供的信息，推理的中間結果，推理過程的記錄等。
2.3.3推理機：根據數據庫的當前狀態，利用知識庫中的知識進行推理和導出結論，而不是簡單地搜索現成的答案。推理機可以采用正向推理、逆向推理及雙向推理等各種策略。推理機的程序與知識庫的具體內容無關，即推理機與知識庫相分離是專家系統的重要特征。它的優點是對知識庫的修改和擴充無須改動推理機。
2.3.4知識獲取機構：負責建立、修改與擴充知識庫，以及對知識庫的一致性、完整性等進行維護。知識獲取機構可以僅僅是一個知識編輯程序，也可以是一個復雜的知識獲取子系統，用來完成自動知識獲取、自動知識求精等功能.
2.3.5解釋器：用于對求解過程作出說明，并回答用戶提出的問題。兩個最基本的問題是“How”和“Why”。對問題“How”，回答用戶結論和中間結果是如何得到的，解釋專家系統的行為；對問題“Why”，告訴用戶推理結論的理由。解釋機構的說明是根據知識庫和數據庫中對推理過程的記錄作出的。
2.3.6人機接口：使系統能夠進行人機交互，在信息的內部形式和人可接受的形式之間進行轉換。很多系統都提供了用戶熟悉的表示形式如自然語言、圖形、表格等。
2.4系統軟件結構
      系統軟件包括：在線智能診斷子系統、離線診斷專家子系統、現場動平衡子系統等。各子系統采用模塊化編程，通過專門的接口實現通訊。 其結構圖如圖3所示。

圖3：軟件系統結構圖

3關鍵技術的研究
       為了使“煤氣鼓風機診斷專家系統”具有更高的實用性、可靠性，具有更高的技術水平，需要解決以下關鍵技術問題。
3.1故障機理的研究
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