專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡在道岔控制電路故障診斷中的應用

1、 科技論壇專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡在道岔控制電路故障診斷中的應用曹宏麗岳麗麗楊福元(蘭州交通大學自動化與電氣工程學院,碩士研究生,甘肅蘭州730070引言 隨著鐵路行車密度的逐漸加大,列車運行速度的不斷提高,給鐵路車站信號設備維修人員維護信號設備帶來了新的挑戰(zhàn)1。如何讓必然發(fā)生的信號設備故障對鐵路運輸產(chǎn)生的影響最小,是亟待解決的問題2。本系統(tǒng)將神經(jīng)網(wǎng)絡理解成一類知識源的表達與處理模式,利用專家系統(tǒng)有利于專家經(jīng)驗知識的保存和延續(xù),以及神經(jīng)網(wǎng)絡的并行數(shù)值計算過程,使得推理速度加快。并利用神經(jīng)網(wǎng)絡對于知識的自動獲取和能夠自適應環(huán)境變化的特點,來應對系統(tǒng)運行中可能出現(xiàn)的新故障,從而滿足實時診斷、排除道岔控制

2、電路故障的要求,具有重要的工程使用價值3。1道岔控制電路故障診斷系統(tǒng)簡介道岔控制電路包括三相交流電源、 1DQJ 、1DQJF 、2DQJ 、DBJ 、FBJ 等等對象,且每個對象的故障形式有多種,三相交流電源有斷相和錯序故障;1DQJ 存在不能勵磁、不能自閉、不能緩放故障等。在此只對道岔控制電路的故障建立故障診斷系統(tǒng)。分動外鎖閉道岔電路主要分為三個部分:室內(nèi)控制電路、道岔動作電路、道岔表示電路。電路制式為五線制電路,分別命名為X1線至X5線。由于牽引道岔的轉轍機數(shù)量不同,所以其室內(nèi)的控制電路有所區(qū)別,但室外的動作和表示電路則完全相同4。道岔電路故障診斷系統(tǒng)的主要內(nèi)容包括以下幾個方面:1.1將

3、專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡結合的故障診斷方法應用于鐵路道岔控制電路的故障診斷中,并通過神經(jīng)網(wǎng)絡的聯(lián)想記憶功能實現(xiàn)故障信息的搜集和查詢。1.2利用模糊邏輯的思想,對于知識的不確定性問題,采用區(qū)間表示法來明確。并利用模糊理論實現(xiàn)實測信號的模糊化,避免同時激活多條規(guī)則,從而解決規(guī)則的沖突問題。1.3采用面向對象的知識表示方法,增強故障診斷專家系統(tǒng)的知識表達能力,解決專家系統(tǒng)跨平臺應用的問題。1.4用MATLAB 與Visual C+的聯(lián)合編程的技術實現(xiàn)故障診斷的可視化編程5-6。2道岔控制電路故障診斷系統(tǒng)的組成道岔控制電路故障診斷系統(tǒng)主要由知識庫、推理機構、解釋機構、人機界面、故障診斷界面等組成。2.1知識

4、庫知識庫是整個系統(tǒng)的核心,知識庫的組建包括兩個過程:知識的獲取和知識的存儲。本系統(tǒng)的知識庫分為兩部分,即基于專家系統(tǒng)的顯式知識庫和基于神經(jīng)網(wǎng)絡的隱式知識庫。知識的獲取以故障樹分析為手段,分析故障的層次關系,提取模型知識7。系統(tǒng)知識庫的建立難點主要是知識的表示。本系統(tǒng)的顯式知識庫,依據(jù)專家大腦記憶模式中各知識塊之間存在的因果關系,以“IF 前提THEN 結論1(行動1ELSE 結論2(行動2”的形式,即產(chǎn)生式規(guī)則表示出來8。對于神經(jīng)網(wǎng)絡知識庫,在此選用了一定數(shù)量具有代表性和相容性的樣本,并對神經(jīng)網(wǎng)絡進行訓練和測試,采用其中誤差較小的權值和閾值數(shù)據(jù)作為系統(tǒng)的隱式知識庫。從而得到:權值W1為30行6

5、列的數(shù)據(jù)庫表,權值W2為8行30列的數(shù)據(jù)庫表,閾值B1為30行1列的數(shù)據(jù)庫表,閾值B2為8行1列的數(shù)據(jù)庫表。本道岔控制電路故障診斷系統(tǒng)的隱式知識庫即可建立起來。在系統(tǒng)的隱式知識庫建成之后,當出現(xiàn)診斷知識庫中不存在的故障特征數(shù)據(jù)對應的新故障時,系統(tǒng)可以對經(jīng)過神經(jīng)網(wǎng)絡運算得出的結果進行自學習,并把這種學習到的知識轉化成專家系統(tǒng)知識庫中相應的規(guī)則,存入顯式知識庫中,使整個知識庫的質量和數(shù)量得到不斷完善。2.2推理機制和解釋機制推理機制是智能故障診斷系統(tǒng)的最重要組成部分。本系統(tǒng)把神經(jīng)網(wǎng)絡和專家系統(tǒng)的推理機制結合起來,不同的推理機制處理不同的知識。把與專家系統(tǒng)知識庫中規(guī)則相匹配的故障征兆送入專家系統(tǒng)推理

6、機求解,把與專家系統(tǒng)知識庫中規(guī)則不相匹配的故障征兆轉化為神經(jīng)網(wǎng)絡的輸入樣本,由神經(jīng)網(wǎng)絡進行推理求解。解釋機制負責回答用戶可能提出的各種問題。專家系統(tǒng)部分采取傳統(tǒng)的方法,如策略解釋法。神經(jīng)網(wǎng)絡模塊則利用神經(jīng)網(wǎng)絡的故障征兆數(shù)據(jù)及輸入神經(jīng)元、輸出神經(jīng)元的物理含義,并結合知識庫中的連接權值來形成規(guī)則。2.3故障診斷系統(tǒng)的實現(xiàn)在此利用三組故障數(shù)據(jù)來驗證神經(jīng)網(wǎng)絡和專家系統(tǒng)相結合的故障診斷結果。假設道岔控制電路出現(xiàn)故障,且現(xiàn)象為定位突然失去表示9。工作人員在參數(shù)輸入界面人工輸入測量得到的故障數(shù)據(jù),點擊“開始診斷”按鈕,診斷結果對話框就會顯示出來,故障診斷結果為:整流堆開路。障數(shù)據(jù),點擊“開始診斷”按鈕,診斷

7、結果對話框就會顯示出來。故障診斷結果為:該故障診斷不出,請鏈接到神經(jīng)網(wǎng)絡。由上述三種故障診斷過程可以看出:對故障特征數(shù)據(jù)在專家系統(tǒng)知識庫中存在的故障類型,只需工作人員輸入故障特征數(shù)據(jù),并點擊診斷按鈕即可得出發(fā)生故障點,對于知識庫中不存在的故障再鏈接到神經(jīng)網(wǎng)絡進行診斷,這樣既減少了現(xiàn)場工作人員的勞動強度,又提高了工作效率。假設系統(tǒng)是第一次用神經(jīng)網(wǎng)絡進行診斷,因此在神經(jīng)網(wǎng)絡診斷之前要對神經(jīng)網(wǎng)絡進行訓練,點擊訓練神經(jīng)網(wǎng)絡按鈕,即可得到神經(jīng)網(wǎng)絡訓練曲線,如圖2所示。而在專家對知識庫進行修改之后,系統(tǒng)仍然需要對建立的神經(jīng)網(wǎng)絡重新進行訓練,此時仍由工作人員直接按下訓練神經(jīng)網(wǎng)絡按鈕完成對神經(jīng)網(wǎng)絡的訓練。摘要

8、:我國鐵路目前尚無對道岔控制電路實施行之有效的自動監(jiān)測手段,而故障道岔的維修占用了較多的運營時間。在此,利用一定的故障數(shù)據(jù),運用專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡技術相結合的方法,采用Visual C+和Matlab 聯(lián)合編程技術,設計了一套可行的方案。與傳統(tǒng)的監(jiān)測手段相比,本系統(tǒng)能更快速、更有效地處理不同方面反饋來的故障信息,從而大大提高了故障的診斷效率。關鍵詞:專家系統(tǒng);神經(jīng)網(wǎng)絡;道岔控制電路;故障診斷(下轉63頁圖2子神經(jīng)網(wǎng)絡1訓練曲線圖1專家系統(tǒng)故障診斷結果1 科技論壇關于機組調(diào)試期間調(diào)試系統(tǒng)晃動處理楊顯東徐偉峰(寶清熱電廠,黑龍江寶清155600引言發(fā)電廠汽輪機在調(diào)試期間出現(xiàn)多次調(diào)速系統(tǒng)晃動現(xiàn)象。根

9、據(jù)轉速晃動的特點,可將其主要的晃動問題歸類為額定轉速時的小范圍和大幅度晃動、停高壓油泵時的晃動以及任意轉速時的晃動4種類型。本文對這4種類型的原因進行了分析,并對保證機組安全運行提出了合理的處理措施。1額定轉速時的小范圍晃動1.1小范圍晃動的現(xiàn)象當冷態(tài)啟動汽輪機達3000r/min時,經(jīng)常發(fā)生小范圍的轉速晃動。如某次冷態(tài)啟動轉速達3000r/min,進行電氣方面有關的實驗校隊時,發(fā)現(xiàn)高壓調(diào)速汽門和中壓調(diào)速汽門晃動,約56秒鐘晃動一次,當時主蒸汽壓力為2.3Mpa,主蒸汽溫度為300.當汽輪機轉速小范圍晃動時,右側(面向汽輪機高壓油動機的凸輪位置指示在4058mm間來回晃動,左側在4053mm間

10、來回晃動;高壓油動機活塞下油壓一側在0.60.7Mpa范圍內(nèi)晃動,另一側在0.40.5Mpa范圍內(nèi)晃動;中壓調(diào)速汽門在全開和參與調(diào)節(jié)的界點位置大幅度來回晃動。由于高壓調(diào)速汽門和中壓調(diào)速汽門晃動,引起轉速在2982 3005r/min范圍內(nèi)變化。1.2小范圍晃動的原因這種晃動的主要原因是在額定轉速時蒸汽參數(shù)、一級旁路門開啟的大小等正好使中壓調(diào)速汽門在全開和參與調(diào)節(jié)的界點位置,中壓油動機來回晃動,用油量的變化導致高壓油動機晃動。1.3小范圍晃動的消除措施當機組冷態(tài)啟動時,應選擇合適的參數(shù)。若出現(xiàn)轉速小范圍晃動,則應將其它蒸汽參數(shù)降低或提高來減少晃動,并控制一級旁路開啟的大小(應根據(jù)鍋爐的需要,避開

11、中壓調(diào)速汽門在全開和參與調(diào)節(jié)的界點晃動,避免因幾種因素的迭加而陷入危險的境地。另外,有條件時將中壓油動機凸輪改動,以便徹底消除中壓調(diào)速汽門在全開與參與調(diào)節(jié)的界點位置晃動。2額定轉速時的大幅度晃動2.1大幅度晃動現(xiàn)象當在額定轉速高壓調(diào)速汽門出現(xiàn)小范圍晃動時,有時調(diào)速系統(tǒng)會突然出現(xiàn)大幅度晃動現(xiàn)象。當汽輪機轉速飛升至3100r/min時,又突然將高壓調(diào)速汽門關閉,不再開啟,只能將啟動閥恢復,重新升速。當轉速達2000r/min左右,出現(xiàn)調(diào)速系統(tǒng)的高壓調(diào)速汽門、高壓油動機、中壓調(diào)速汽門、中壓油動機強烈抖動,只能手扳危急保安器,使轉速降至較低后再升速,大幅度晃動現(xiàn)象才消失。2.2大幅度晃動的原因。這種類

12、型的晃動是比較危險的,特別是出現(xiàn)高壓調(diào)速汽門、高壓油動機、中壓調(diào)速汽門、中壓油動機強烈抖動時,有可能使部件損壞,出現(xiàn)難以預料的后果,其產(chǎn)生的原因與調(diào)節(jié)系統(tǒng)內(nèi)空氣較多有關?？諝庖环矫鎭碓从谄啓C啟動前調(diào)節(jié)系統(tǒng)內(nèi)的殘余空氣,另一方面由于機組安裝、調(diào)試的需要,在高壓油泵出口閥至主油泵的泄油閥管道上裝了一個閥門,但調(diào)節(jié)系統(tǒng)圖上沒有標注,所以在機組啟動前往往疏忽,而未將此閥打開,造成轉子升速至一定值時,主油泵打悶泵、發(fā)熱而產(chǎn)生氣泡進入調(diào)節(jié)系統(tǒng),這些氣泡有可能在一次脈動油和二次脈動油或三次脈動油系統(tǒng)內(nèi)。由于轉速升高至3000r/min時,調(diào)速油泵(鉆孔泵出口一次脈動油壓升高,導致一次脈動油管道內(nèi)某些氣泡破

13、裂,使一次脈動油壓瞬間下降,二次脈動油壓、三次脈動油壓升高,高壓調(diào)速汽門突然開大,從而導致轉速由3000r/min突升至3100r/min;又由于二次脈動油或三次脈動油管道內(nèi)的油壓升高,使存在于二次脈動油或三次脈動油管道內(nèi)的某些氣泡破裂,造成二次脈動油或三次脈動油壓瞬間下降,又使高壓調(diào)速汽門突然關閉。2.3大幅度晃動的消除措施為了防止額定轉速時的大幅度晃動,在啟動前應啟動輔助油泵以排凈油系統(tǒng)內(nèi)的空氣,然后啟動高壓油泵;在開機前還應活動調(diào)節(jié)部套,搖起啟動閥,使主汽門、高壓調(diào)速汽門開啟一點,再手扳危急保安器,迅速關閉主汽門、調(diào)速汽門(應重復幾次,以便排出調(diào)節(jié)系統(tǒng)及部套內(nèi)的空氣。此外,為了防止高壓油

14、泵出口閥至主油泵間的泄油閥管道間的一個閥門未打開,最好去掉此閥或將其卡在全開位置。3近滿速停高壓油泵時的晃動3.1晃動現(xiàn)象某次溫態(tài)啟動時主蒸汽壓力1.5/1.7Mpa、主蒸汽溫度390/382、再熱蒸汽溫度380/363,當轉速達2902r/min時,關高壓油泵出口門,然后停高壓油泵。這時主油泵入口油壓從0.16Mpa逐漸降至凸輪位置指示從50mm升到82mm,汽輪機轉速從2902r/min升至3011r/min.經(jīng)瞬間變化后,主油泵入口油壓又回升到0.16Mpa左右,一次油壓也隨即回升,二次脈動油壓隨之下降,汽輪機轉速又恢復到2900r/min左右。3.2晃動原因這種類型的轉速晃動非常危險,

15、有時會使轉速飛升很多(如有一次熱態(tài)啟動時,轉速飛升達143r/min.如果再迭加其它因素引起的晃動,則轉速的飛升會更高。引起轉速飛升的主要原因是主油泵出口逆止閥卡澀。當切換高壓油泵時,汽輪機轉速按電廠運行規(guī)程規(guī)定為2850r/min(調(diào)試期間一般控制在28502900r/min.調(diào)節(jié)系統(tǒng)在靜態(tài)調(diào)試期間高壓油泵油壓為1.86Mpa,比正常運行時主油泵出口油壓2.1Mpa偏低。3.3晃動的消除措施為了克服主油泵出口逆止閥的卡澀現(xiàn)象,將高壓油泵的切換轉速提高至2910r/min以上,并消除卡澀隱患。在切換高壓油泵的過程中,主油泵、調(diào)速油泵進口油壓先逐漸下降,但當主油泵進口油壓降至0.6Mpa時,即刻

16、恢復至正常值,其間一次、二次、三次脈動油壓基本不變,轉速也不變。但只要主油泵進口油壓低于0.6Mpa,一次、二次、三次脈動油壓立即變化,隨即轉速飛升。4結論發(fā)電廠機組在調(diào)試期間調(diào)速系統(tǒng)晃動頻繁,問題較多。除了采取某些針對性的措施外,在調(diào)試后期,為防止調(diào)速系統(tǒng)轉速晃動引起超速,在機組啟動前將功率限制器投入使用(先將功率限制器與油動機行程關系找出,一般將功率限制器指示定在10.511.0mm,當汽輪機組并網(wǎng)后,再將功率限定器恢復。摘要:對某電廠機組調(diào)試期間在3000r/min小范圍及大幅度晃動、停高壓油泵時的晃動、任意轉速時的晃動等原因進行了分析,并采取了相應的處理措施。關鍵詞:汽輪機;調(diào)試系統(tǒng);

17、轉速晃動2.4故障診斷結果分析對神經(jīng)網(wǎng)絡訓練完畢后就可以對第三種故障進行診斷,點擊神經(jīng)網(wǎng)絡按鈕即可得到神經(jīng)網(wǎng)絡診斷結果。由診斷結果可知,系統(tǒng)既實現(xiàn)了知識庫中存在的故障的診斷,又實現(xiàn)了知識庫中不存在的故障的診斷,提高了系統(tǒng)故障診斷的速率和效率。3結論故障診斷是一門發(fā)展中的學科,不斷有新的理論和新的方法注入,是一個富有挑戰(zhàn)性的研究領域。將專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡結合并應用于道岔控制電路的故障診斷中,是一個有很大發(fā)展前景的新課題。對于這一研究領域,本文的工作僅僅是一個開端,還有許多問題有待進一步研究。尋找一個方便快速實用的診斷方法是這一領域的當務之急。本文在這一方面做出了嘗試,本文的工作表明將專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡相融合應用于鐵路信號道岔控制電路故障診斷是一個有著很大應用價值的研究方向。參考文獻1袁成華.信號設備故障分析與處理M.北京:中國鐵道出版社,2006.2陸源.鐵路信號設備故障診斷專家