专家系统和神经网络在道岔控制电路故障诊断中的应用

1、 科技论坛专家系统和神经网络在道岔控制电路故障诊断中的应用曹宏丽岳丽丽杨福元(兰州交通大学自动化与电气工程学院,硕士研究生,甘肃兰州730070引言 随着铁路行车密度的逐渐加大,列车运行速度的不断提高,给铁路车站信号设备维修人员维护信号设备带来了新的挑战1。如何让必然发生的信号设备故障对铁路运输产生的影响最小,是亟待解决的问题2。本系统将神经网络理解成一类知识源的表达与处理模式,利用专家系统有利于专家经验知识的保存和延续,以及神经网络的并行数值计算过程,使得推理速度加快。并利用神经网络对于知识的自动获取和能够自适应环境变化的特点,来应对系统运行中可能出现的新故障,从而满足实时诊断、排除道岔控制

2、电路故障的要求,具有重要的工程使用价值3。1道岔控制电路故障诊断系统简介道岔控制电路包括三相交流电源、 1DQJ 、1DQJF 、2DQJ 、DBJ 、FBJ 等等对象,且每个对象的故障形式有多种,三相交流电源有断相和错序故障;1DQJ 存在不能励磁、不能自闭、不能缓放故障等。在此只对道岔控制电路的故障建立故障诊断系统。分动外锁闭道岔电路主要分为三个部分:室内控制电路、道岔动作电路、道岔表示电路。电路制式为五线制电路,分别命名为X1线至X5线。由于牵引道岔的转辙机数量不同,所以其室内的控制电路有所区别,但室外的动作和表示电路则完全相同4。道岔电路故障诊断系统的主要内容包括以下几个方面:1.1将

3、专家系统和神经网络结合的故障诊断方法应用于铁路道岔控制电路的故障诊断中,并通过神经网络的联想记忆功能实现故障信息的搜集和查询。1.2利用模糊逻辑的思想,对于知识的不确定性问题,采用区间表示法来明确。并利用模糊理论实现实测信号的模糊化,避免同时激活多条规则,从而解决规则的冲突问题。1.3采用面向对象的知识表示方法,增强故障诊断专家系统的知识表达能力,解决专家系统跨平台应用的问题。1.4用MATLAB 与Visual C+的联合编程的技术实现故障诊断的可视化编程5-6。2道岔控制电路故障诊断系统的组成道岔控制电路故障诊断系统主要由知识库、推理机构、解释机构、人机界面、故障诊断界面等组成。2.1知识

4、库知识库是整个系统的核心,知识库的组建包括两个过程:知识的获取和知识的存储。本系统的知识库分为两部分,即基于专家系统的显式知识库和基于神经网络的隐式知识库。知识的获取以故障树分析为手段,分析故障的层次关系,提取模型知识7。系统知识库的建立难点主要是知识的表示。本系统的显式知识库,依据专家大脑记忆模式中各知识块之间存在的因果关系,以“IF 前提THEN 结论1(行动1ELSE 结论2(行动2”的形式,即产生式规则表示出来8。对于神经网络知识库,在此选用了一定数量具有代表性和相容性的样本,并对神经网络进行训练和测试,采用其中误差较小的权值和阈值数据作为系统的隐式知识库。从而得到:权值W1为30行6

5、列的数据库表,权值W2为8行30列的数据库表,阈值B1为30行1列的数据库表,阈值B2为8行1列的数据库表。本道岔控制电路故障诊断系统的隐式知识库即可建立起来。在系统的隐式知识库建成之后,当出现诊断知识库中不存在的故障特征数据对应的新故障时,系统可以对经过神经网络运算得出的结果进行自学习,并把这种学习到的知识转化成专家系统知识库中相应的规则,存入显式知识库中,使整个知识库的质量和数量得到不断完善。2.2推理机制和解释机制推理机制是智能故障诊断系统的最重要组成部分。本系统把神经网络和专家系统的推理机制结合起来,不同的推理机制处理不同的知识。把与专家系统知识库中规则相匹配的故障征兆送入专家系统推理

6、机求解,把与专家系统知识库中规则不相匹配的故障征兆转化为神经网络的输入样本,由神经网络进行推理求解。解释机制负责回答用户可能提出的各种问题。专家系统部分采取传统的方法,如策略解释法。神经网络模块则利用神经网络的故障征兆数据及输入神经元、输出神经元的物理含义,并结合知识库中的连接权值来形成规则。2.3故障诊断系统的实现在此利用三组故障数据来验证神经网络和专家系统相结合的故障诊断结果。假设道岔控制电路出现故障,且现象为定位突然失去表示9。工作人员在参数输入界面人工输入测量得到的故障数据,点击“开始诊断”按钮,诊断结果对话框就会显示出来,故障诊断结果为:整流堆开路。障数据,点击“开始诊断”按钮,诊断

7、结果对话框就会显示出来。故障诊断结果为:该故障诊断不出,请链接到神经网络。由上述三种故障诊断过程可以看出:对故障特征数据在专家系统知识库中存在的故障类型,只需工作人员输入故障特征数据,并点击诊断按钮即可得出发生故障点,对于知识库中不存在的故障再链接到神经网络进行诊断,这样既减少了现场工作人员的劳动强度,又提高了工作效率。假设系统是第一次用神经网络进行诊断,因此在神经网络诊断之前要对神经网络进行训练,点击训练神经网络按钮,即可得到神经网络训练曲线,如图2所示。而在专家对知识库进行修改之后,系统仍然需要对建立的神经网络重新进行训练,此时仍由工作人员直接按下训练神经网络按钮完成对神经网络的训练。摘要

8、:我国铁路目前尚无对道岔控制电路实施行之有效的自动监测手段,而故障道岔的维修占用了较多的运营时间。在此,利用一定的故障数据,运用专家系统和神经网络技术相结合的方法,采用Visual C+和Matlab 联合编程技术,设计了一套可行的方案。与传统的监测手段相比,本系统能更快速、更有效地处理不同方面反馈来的故障信息,从而大大提高了故障的诊断效率。关键词:专家系统;神经网络;道岔控制电路;故障诊断(下转63页图2子神经网络1训练曲线图1专家系统故障诊断结果1 科技论坛关于机组调试期间调试系统晃动处理杨显东徐伟峰(宝清热电厂,黑龙江宝清155600引言发电厂汽轮机在调试期间出现多次调速系统晃动现象。根

9、据转速晃动的特点,可将其主要的晃动问题归类为额定转速时的小范围和大幅度晃动、停高压油泵时的晃动以及任意转速时的晃动4种类型。本文对这4种类型的原因进行了分析,并对保证机组安全运行提出了合理的处理措施。1额定转速时的小范围晃动1.1小范围晃动的现象当冷态启动汽轮机达3000r/min时,经常发生小范围的转速晃动。如某次冷态启动转速达3000r/min,进行电气方面有关的实验校队时,发现高压调速汽门和中压调速汽门晃动,约56秒钟晃动一次,当时主蒸汽压力为2.3Mpa,主蒸汽温度为300.当汽轮机转速小范围晃动时,右侧(面向汽轮机高压油动机的凸轮位置指示在4058mm间来回晃动,左侧在4053mm间

10、来回晃动;高压油动机活塞下油压一侧在0.60.7Mpa范围内晃动,另一侧在0.40.5Mpa范围内晃动;中压调速汽门在全开和参与调节的界点位置大幅度来回晃动。由于高压调速汽门和中压调速汽门晃动,引起转速在2982 3005r/min范围内变化。1.2小范围晃动的原因这种晃动的主要原因是在额定转速时蒸汽参数、一级旁路门开启的大小等正好使中压调速汽门在全开和参与调节的界点位置,中压油动机来回晃动,用油量的变化导致高压油动机晃动。1.3小范围晃动的消除措施当机组冷态启动时,应选择合适的参数。若出现转速小范围晃动,则应将其它蒸汽参数降低或提高来减少晃动,并控制一级旁路开启的大小(应根据锅炉的需要,避开

11、中压调速汽门在全开和参与调节的界点晃动,避免因几种因素的迭加而陷入危险的境地。另外,有条件时将中压油动机凸轮改动,以便彻底消除中压调速汽门在全开与参与调节的界点位置晃动。2额定转速时的大幅度晃动2.1大幅度晃动现象当在额定转速高压调速汽门出现小范围晃动时,有时调速系统会突然出现大幅度晃动现象。当汽轮机转速飞升至3100r/min时,又突然将高压调速汽门关闭,不再开启,只能将启动阀恢复,重新升速。当转速达2000r/min左右,出现调速系统的高压调速汽门、高压油动机、中压调速汽门、中压油动机强烈抖动,只能手扳危急保安器,使转速降至较低后再升速,大幅度晃动现象才消失。2.2大幅度晃动的原因。这种类

12、型的晃动是比较危险的,特别是出现高压调速汽门、高压油动机、中压调速汽门、中压油动机强烈抖动时,有可能使部件损坏,出现难以预料的后果,其产生的原因与调节系统内空气较多有关。空气一方面来源于汽轮机启动前调节系统内的残余空气,另一方面由于机组安装、调试的需要,在高压油泵出口阀至主油泵的泄油阀管道上装了一个阀门,但调节系统图上没有标注,所以在机组启动前往往疏忽,而未将此阀打开,造成转子升速至一定值时,主油泵打闷泵、发热而产生气泡进入调节系统,这些气泡有可能在一次脉动油和二次脉动油或三次脉动油系统内。由于转速升高至3000r/min时,调速油泵(钻孔泵出口一次脉动油压升高,导致一次脉动油管道内某些气泡破

13、裂,使一次脉动油压瞬间下降,二次脉动油压、三次脉动油压升高,高压调速汽门突然开大,从而导致转速由3000r/min突升至3100r/min;又由于二次脉动油或三次脉动油管道内的油压升高,使存在于二次脉动油或三次脉动油管道内的某些气泡破裂,造成二次脉动油或三次脉动油压瞬间下降,又使高压调速汽门突然关闭。2.3大幅度晃动的消除措施为了防止额定转速时的大幅度晃动,在启动前应启动辅助油泵以排净油系统内的空气,然后启动高压油泵;在开机前还应活动调节部套,摇起启动阀,使主汽门、高压调速汽门开启一点,再手扳危急保安器,迅速关闭主汽门、调速汽门(应重复几次,以便排出调节系统及部套内的空气。此外,为了防止高压油

14、泵出口阀至主油泵间的泄油阀管道间的一个阀门未打开,最好去掉此阀或将其卡在全开位置。3近满速停高压油泵时的晃动3.1晃动现象某次温态启动时主蒸汽压力1.5/1.7Mpa、主蒸汽温度390/382、再热蒸汽温度380/363,当转速达2902r/min时,关高压油泵出口门,然后停高压油泵。这时主油泵入口油压从0.16Mpa逐渐降至凸轮位置指示从50mm升到82mm,汽轮机转速从2902r/min升至3011r/min.经瞬间变化后,主油泵入口油压又回升到0.16Mpa左右,一次油压也随即回升,二次脉动油压随之下降,汽轮机转速又恢复到2900r/min左右。3.2晃动原因这种类型的转速晃动非常危险,

15、有时会使转速飞升很多(如有一次热态启动时,转速飞升达143r/min.如果再迭加其它因素引起的晃动,则转速的飞升会更高。引起转速飞升的主要原因是主油泵出口逆止阀卡涩。当切换高压油泵时,汽轮机转速按电厂运行规程规定为2850r/min(调试期间一般控制在28502900r/min.调节系统在静态调试期间高压油泵油压为1.86Mpa,比正常运行时主油泵出口油压2.1Mpa偏低。3.3晃动的消除措施为了克服主油泵出口逆止阀的卡涩现象,将高压油泵的切换转速提高至2910r/min以上,并消除卡涩隐患。在切换高压油泵的过程中,主油泵、调速油泵进口油压先逐渐下降,但当主油泵进口油压降至0.6Mpa时,即刻

16、恢复至正常值,其间一次、二次、三次脉动油压基本不变,转速也不变。但只要主油泵进口油压低于0.6Mpa,一次、二次、三次脉动油压立即变化,随即转速飞升。4结论发电厂机组在调试期间调速系统晃动频繁,问题较多。除了采取某些针对性的措施外,在调试后期,为防止调速系统转速晃动引起超速,在机组启动前将功率限制器投入使用(先将功率限制器与油动机行程关系找出,一般将功率限制器指示定在10.511.0mm,当汽轮机组并网后,再将功率限定器恢复。摘要:对某电厂机组调试期间在3000r/min小范围及大幅度晃动、停高压油泵时的晃动、任意转速时的晃动等原因进行了分析,并采取了相应的处理措施。关键词:汽轮机;调试系统;

17、转速晃动2.4故障诊断结果分析对神经网络训练完毕后就可以对第三种故障进行诊断,点击神经网络按钮即可得到神经网络诊断结果。由诊断结果可知,系统既实现了知识库中存在的故障的诊断,又实现了知识库中不存在的故障的诊断,提高了系统故障诊断的速率和效率。3结论故障诊断是一门发展中的学科,不断有新的理论和新的方法注入,是一个富有挑战性的研究领域。将专家系统和神经网络结合并应用于道岔控制电路的故障诊断中,是一个有很大发展前景的新课题。对于这一研究领域,本文的工作仅仅是一个开端,还有许多问题有待进一步研究。寻找一个方便快速实用的诊断方法是这一领域的当务之急。本文在这一方面做出了尝试,本文的工作表明将专家系统和神经网络相融合应用于铁路信号道岔控制电路故障诊断是一个有着很大应用价值的研究方向。参考文献1袁成华.信号设备故障分析与处理M.北京:中国铁道出版社,2006.2陆源.铁路信号设备故障诊断专家