一种基于专家系统的盘式制动器故障诊断方法及装置与流程

本发明属于故障诊断，具体涉及一种基于专家系统的盘式制动器故障诊断方法及装置。

背景技术：

1、盘式制动器作为煤矿井下带式输送机制动系统的重要组成部分，其性能直接影响带式输送机的安全性和运输性能。在实际使用过程中，盘式制动器可能会因各种原因出现故障，如制动力不足、异响、制动后跑偏等。传统的故障诊断方法通常依赖于技术人员的经验和知识，效率低下且诊断结果可能存在误差。因此，开发一种高效、准确的盘式制动器故障诊断方法及装置具有重要的实际应用价值。

2、公开号为cn105909702b的中国专利公开了一种诊断制动故障和监测制动力的盘式制动器。该方法设置碟簧力和制动力两个传感器，碟簧力传感器监测碟簧组变形产生的碟簧力，制动力传感器监测闸瓦组件施加到闸盘上的制动力。根据盘式制动器的工作原理在制动状态下碟簧力应全部施加到闸盘上，且摩擦力可忽略不计，此时制动力等于弹簧力。制动状态下比较两个传感器监测的数值：相等，作为监测的制动力。不相等，则诊断为盘形制动器制动故障。这种故障判断逻辑基于碟簧力和制动力相等即认为正常，不相等即认为故障，其认定过程过于简单，无法覆盖所有可能的故障情况，同时，如果传感器本身存在问题，但两个传感器给出的数据恰好相等，则会被误判为正常，由此会给出错误的诊断结果。同时，该方法仅能诊断制动器故障，其所能诊断的故障类型较为单一，无法实现对其它故障的有效诊断。

技术实现思路

1、针对上述现有技术存在的问题，本发明提供基于专家系统的盘式制动器故障诊断方法及装置，该方法自动化程度高、诊断过程简单高效，能通过基于专家系统的故障诊断方法，智能地实现对盘式制动器故障的自行诊断，能提高故障诊断的准确度和精确度。该装置能确保在复杂的制动器故障面前能够作出快速准确判断。

2、为了实现上述目的，本发明提供一种基于专家系统的盘式制动器故障诊断方法，包括以下步骤；

3、步骤一：安装传感器组；

4、在制动盘的支撑机构上安装振动传感器，在制动钳或制动盘上安装位移传感器，在制动盘或闸瓦附近安装温度传感器，在制动盘附近安装闸瓦间隙传感器；

5、步骤二：构建盘式制动器故障诊断专家系统；

6、利用人机交互模块、知识获取模块、解释器、综合数据库、推理机和知识库构建盘式制动器故障诊断专家系统；所述人机交互模块用于提供系统与用户进行交互的界面，用户通过人机交互模块输入专家知识维护信息、用户提问信息和原始推理数据，并输出显示推理结果、相关的解释和处理建议；所述知识库用于存储领域专家的知识集合，知识集合为基于专家对故障判断的深入理解和丰富经验而构建的规则集合；所述知识获取模块分别连接人机交互模块和知识库，用于根据人机交互模块输入的专家知识维护信息，对知识库中的规则进行增添、删除和修改维护操作；所述推理机用于接收综合数据中的原始推理数据，并由获取的条件或已知信息根据指定的搜索控制策略在知识库中进行搜索，完成故障判断规则的遍历，同时，在获得故障诊断结果后，输出故障诊断结果至综合数据库；所述综合数据库分别连接人机交互模块和推理机，用于临时存储推理过程中所需的原始数据、中间结果和最终故障诊断结果，并将原始数据、中间结果和最终结果输出至解释器和人机交互模块；所述解释器分别连接人机交互模块、知识库和综合数据库，用于将用户提问信息及故障诊断结果翻译成人类易于理解的表达形式，并输出至人机交互模块；

7、步骤三：采集盘式制动器的运行数据；

8、利用振动传感器采集制动盘的振动数据，利用位移传感器采集制动钳相对于制动盘的位移量数据，利用温度传感器采集制动盘表面的温度数据，利用闸瓦间隙传感器采集闸瓦与制动盘之间的间隙数据；

9、步骤四：提取特征参数；

10、对运行数据进行预处理，再对预处理后的运行数据进行特征参数的提取，并基于提取的特征参数构建特征向量；

11、步骤五：进行故障诊断；

12、将特征向量输入至构建好的盘式制动器故障诊断专家系统中，盘式制动器故障诊断专家系统采用基于模型与规则的推理机智能地进行故障的诊断，具体地，推理机由获取的条件或已知信息根据指定的搜索控制策略在知识库中进行搜索，完成故障判断规则的遍历，当特征向量与所有判断规则均不匹配时，检查原始推理数据是否存在错误，若存在错误则重新执行步骤三至步骤五，若不存在错误则输出无解信息，当特征向量与一种或多种判断规则相匹配时，判断盘式制动器存在一种或多种故障，输出故障诊断结果及对应的处理建议至人机交互模块进行显示。

13、进一步，为了确保诊断结果的准确性，在步骤三中，运行数据的特征参数包括振动数据的时域特征、振动数据的频域特征、振动数据的时频域特征、位移传感器特征、装温度传感器特征和闸瓦间隙传感器特征。

14、作为一种优选，在步骤二中，领域专家的知识集合包括设备专家和知识工程师结合海量案例给出的多种判断规则，多种判断规则包括制动力不足、制动后跑偏、制动片磨损、制动液泄露、制动器过热、制动器噪声和制动失效的判断规则。

15、作为一种优选，在步骤四中，对运行数据进行预处理包括对异常数据进行检测、对数据进行清洗、对数据进行去噪处理。

16、进一步，为了确保诊断的精确性，在盘式制动器使用设定时间后，对知识库中与盘式制动器刚投入使用时各项运行数据所对应的故障判断标准进行修改，以对盘式制动器故障诊断专家系统进行优化。

17、本发明自动化程度高、诊断过程简单高效，能通过基于专家系统的故障诊断方法，智能地实现了对盘式制动器故障的自行诊断，显著提高了故障诊断的准确度和精确度，并减少了人力消耗，该装置有利于及时解决所出现的故障，确保了设备的正常运行，具有广泛的实用性。

18、本发明还提供了一种基于专家系统的盘式制动器故障诊断装置，包括数据采集模块、边缘计算节点和用户接口模块；

19、所述数据采集模块包括振动传感器、位移传感器、温度传感器和闸瓦间隙传感器，用于实时采集盘式制动器的运行数据；所述振动传感器安装在制动盘的支撑机构上，用于采集制动盘的振动数据，所述位移传感器安装在制动钳或制动盘上，用于采集制动钳相对于制动盘的位移量数据，所述温度传感器安装在制动盘或闸瓦附近，用于采集制动盘表面的温度数据，所述闸瓦间隙传感器安装在制动盘附近，用于采集闸瓦与制动盘之间的间隙数据；

20、所述边缘计算节点包括数据处理模块和专家系统模块；所述数据处理模块与数据采集模块连接，用于接收盘式制动器的运行数据，并用于对运行数据进行数据预处理和特征提取；

21、所述专家系统模块包括知识获取模块、解释器、综合数据库、推理机和知识库；所述知识库用于存储领域专家的知识集合；所述知识获取模块连接知识库，用于对知识库中的规则进行增添、修改和删除维护操作；所述推理机与数据处理模块连接，用于在接收到运行数据的特征向量后根据指定的搜索控制策略在知识库中进行搜索，完成故障判断规则的遍历，同时，在获得故障诊断结果后，输出故障诊断结果至综合数据库；所述解释器分别连接知识库和综合数据库，用于将用户提问信息和故障诊断结果翻译成人类易于理解的表达形式；所述综合数据库分别连接人机交互模块和推理机，用于临时存储推理过程中所需的原始数据、中间结果和最终故障诊断结果；

22、所述用户接口模块分别与专家系统模块连接，用于显示解释信息、推理诊断结果和处理建议。

23、作为一种优选，所述用户接口模块包括数据输入接口、诊断结果显示界面和解释显示界面，所述数据输入接口与专家系统模块连接，用于提供向专家系统模块输入工作状态数据的接口，用于向知识获取模块发送专家知识维护信息，用于向解释器输入用户提问信息，用于向综合数据输入原始推理数据；所述诊断结果显示界面用于接收综合数据库发出的诊断推理结果，并进行显示；所述解释界面用于显示诊断推理结果的解释及处理建议。

24、本发明通过在传感器侧设立边缘计算节点，能便于将计算和存储资源直接集成到传感器一侧，这样，在数据采集的同时就能得到快速处理和分析，减少了数据传输的延迟，使得系统能够实时响应并处理各种制动器故障，有利于实现更加高效、实时和可靠的数据处理和分析过程。通过用户接口模块的设置，能为用户提供了便捷的人机交互界面，便于用户轻松地获取到故障诊断结果和处理建议。该装置集成了专家系统模块，有效结合了专家的丰富经验和专业知识，确保了在复杂的制动器故障面前能够作出快速准确判断，具有实时诊断、多信息参数输入、诊断结果可视化等诸多优点。

技术特征：

1.一种基于专家系统的盘式制动器故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤；

2.根据权利要求1或2所述的一种基于专家系统的盘式制动器故障诊断方法，其特征在于，在步骤三中，运行数据的特征参数包括振动数据的时域特征、振动数据的频域特征、振动数据的时频域特征、位移传感器特征、装温度传感器特征和闸瓦间隙传感器特征。

3.根据权利要求2所述的一种基于专家系统的盘式制动器故障诊断方法，其特征在于，在步骤二中，领域专家的知识集合包括设备专家和知识工程师结合海量案例给出的多种判断规则，多种判断规则包括制动力不足、制动后跑偏、制动片磨损、制动液泄露、制动器过热、制动器噪声和制动失效的判断规则。

4.根据权利要求3所述的一种基于专家系统的盘式制动器故障诊断方法，其特征在于，在步骤四中，对运行数据进行预处理包括对异常数据进行检测、对数据进行清洗、对数据进行去噪处理。

5.根据权利要求4所述的一种基于专家系统的盘式制动器故障诊断方法，其特征在于，在盘式制动器使用设定时间后，对知识库中与盘式制动器刚投入使用时各项运行数据所对应的故障判断标准进行修改，以对盘式制动器故障诊断专家系统进行优化。

6.一种基于专家系统的盘式制动器故障诊断装置，其特征在于，包括数据采集模块、边缘计算节点和用户接口模块；

7.根据权利要求6所述的一种基于专家系统的盘式制动器故障诊断装置，其特征在于，所述用户接口模块包括数据输入接口、诊断结果显示界面和解释显示界面，所述数据输入接口与专家系统模块连接，用于提供向专家系统模块输入工作状态数据的接口，用于向知识获取模块发送专家知识维护信息，用于向解释器输入用户提问信息，用于向综合数据输入原始推理数据；所述诊断结果显示界面用于接收综合数据库发出的诊断推理结果，并进行显示；所述解释界面用于显示诊断推理结果的解释及处理建议。

技术总结
一种基于专家系统的盘式制动器故障诊断方法及装置，方法：安装传感器组；构建盘式制动器故障诊断专家系统；采集盘式制动器的运行数据；提取特征参数；进行故障诊断。装置：包括数据采集模块、边缘计算节点和用户接口模块；数据采集模块用于实时采集盘式制动器的运行数据；边缘计算节点包括数据处理模块和专家系统模块；数据处理模块与数据采集模块连接，用于接收盘式制动器的运行数据，并用于对运行数据进行数据预处理和特征提取；专家系统模块采用基于模型与规则的推理机，对盘式制动器运行数据进行推理诊断。该方法及装置自动化程度高、诊断过程简单高效，能智能地实现对盘式制动器故障的自行诊断，并能提高故障诊断的准确度和精确度。

技术研发人员：侯友夫,张军辉,罗严
受保护的技术使用者：江苏五洋自控技术股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23