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

1、 科技論壇專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在道岔控制電路故障診斷中的應(yīng)用曹宏麗岳麗麗楊福元(蘭州交通大學(xué)自動(dòng)化與電氣工程學(xué)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(yùn)行速度的不斷提高,給鐵路車站信號(hào)設(shè)備維修人員維護(hù)信號(hào)設(shè)備帶來了新的挑戰(zhàn)1。如何讓必然發(fā)生的信號(hào)設(shè)備故障對(duì)鐵路運(yùn)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(luò)理解成一類知識(shí)源的表達(dá)與處理模式,利用專家系統(tǒng)有利于專家經(jīng)驗(yàn)知識(shí)的保存和延續(xù),以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的并行數(shù)值計(jì)算過程,使得推理速度加快。并利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)于知識(shí)的自動(dòng)獲取和能夠自適應(yīng)環(huán)境變化的特點(diǎn),來應(yīng)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行中可能出現(xiàn)的新故障,從而滿足實(shí)時(shí)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(jià)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(duì)象,且每個(gè)對(duì)象的故障形式有多種,三相交流電源有斷相和錯(cuò)序故障;1DQJ 存在不能勵(lì)磁、不能自閉、不能緩放故障等。在此只對(duì)道岔控制電路的故障建立故障診斷系統(tǒng)。分動(dòng)外鎖閉道岔電路主要分為三個(gè)部分:室內(nèi)控制電路、道岔動(dòng)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(zhuǎn)轍機(jī)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(dòng)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(gè)方面:1.1將

3、專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的故障診斷方法應(yīng)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(luò)的聯(lián)想記憶功能實(shí)現(xiàn)故障信息的搜集和查詢。1.2利用模糊邏輯的思想,對(duì)于知識(shí)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(shí)現(xiàn)實(shí)測信號(hào)的模糊化,避免同時(shí)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?qū)ο蟮闹R(shí)表示方法,增強(qiáng)故障診斷專家系統(tǒng)的知識(shí)表達(dá)能力,解決專家系統(tǒng)跨平臺(tái)應(yīng)用的問題。1.4用MATLAB 與Visual C+的聯(lián)合編程的技術(shù)實(shí)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(shí)庫、推理機(jī)構(gòu)、解釋機(jī)構(gòu)、人機(jī)界面、故障診斷界面等組成。2.1知識(shí)

4、庫知識(shí)庫是整個(gè)系統(tǒng)的核心,知識(shí)庫的組建包括兩個(gè)過程:知識(shí)的獲取和知識(shí)的存儲(chǔ)。本系統(tǒng)的知識(shí)庫分為兩部分,即基于專家系統(tǒng)的顯式知識(shí)庫和基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的隱式知識(shí)庫。知識(shí)的獲取以故障樹分析為手段,分析故障的層次關(guān)系,提取模型知識(shí)7。系統(tǒng)知識(shí)庫的建立難點(diǎn)主要是知識(shí)的表示。本系統(tǒng)的顯式知識(shí)庫,依據(jù)專家大腦記憶模式中各知識(shí)塊之間存在的因果關(guān)系,以“IF 前提THEN 結(jié)論1(行動(dòng)1ELSE 結(jié)論2(行動(dòng)2”的形式,即產(chǎn)生式規(guī)則表示出來8。對(duì)于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)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(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練和測試,采用其中誤差較小的權(quán)值和閾值數(shù)據(jù)作為系統(tǒng)的隱式知識(shí)庫。從而得到:權(quán)值W1為30行6

5、列的數(shù)據(jù)庫表,權(quán)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(shí)庫即可建立起來。在系統(tǒng)的隱式知識(shí)庫建成之后,當(dāng)出現(xiàn)診斷知識(shí)庫中不存在的故障特征數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的新故障時(shí),系統(tǒng)可以對(duì)經(jīng)過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)算得出的結(jié)果進(jìn)行自學(xué)習(xí),并把這種學(xué)習(xí)到的知識(shí)轉(zhuǎn)化成專家系統(tǒng)知識(shí)庫中相應(yīng)的規(guī)則,存入顯式知識(shí)庫中,使整個(gè)知識(shí)庫的質(zhì)量和數(shù)量得到不斷完善。2.2推理機(jī)制和解釋機(jī)制推理機(jī)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(luò)和專家系統(tǒng)的推理機(jī)制結(jié)合起來,不同的推理機(jī)制處理不同的知識(shí)。把與專家系統(tǒng)知識(shí)庫中規(guī)則相匹配的故障征兆送入專家系統(tǒng)推理

6、機(jī)求解,把與專家系統(tǒng)知識(shí)庫中規(guī)則不相匹配的故障征兆轉(zhuǎn)化為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入樣本,由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行推理求解。解釋機(jī)制負(fù)責(zé)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(luò)模塊則利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(jié)合知識(shí)庫中的連接權(quán)值來形成規(guī)則。2.3故障診斷系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)在此利用三組故障數(shù)據(jù)來驗(yàn)證神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)相結(jié)合的故障診斷結(jié)果。假設(shè)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(diǎn)擊“開始診斷”按鈕,診斷結(jié)果對(duì)話框就會(huì)顯示出來,故障診斷結(jié)果為:整流堆開路。障數(shù)據(jù),點(diǎn)擊“開始診斷”按鈕,診斷

7、結(jié)果對(duì)話框就會(huì)顯示出來。故障診斷結(jié)果為:該故障診斷不出,請(qǐng)鏈接到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。由上述三種故障診斷過程可以看出:對(duì)故障特征數(shù)據(jù)在專家系統(tǒng)知識(shí)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(diǎn)擊診斷按鈕即可得出發(fā)生故障點(diǎn),對(duì)于知識(shí)庫中不存在的故障再鏈接到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行診斷,這樣既減少了現(xiàn)場工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,又提高了工作效率。假設(shè)系統(tǒng)是第一次用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行診斷,因此在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷之前要對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練,點(diǎn)擊訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)按鈕,即可得到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練曲線,如圖2所示。而在專家對(duì)知識(shí)庫進(jìn)行修改之后,系統(tǒng)仍然需要對(duì)建立的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)重新進(jìn)行訓(xùn)練,此時(shí)仍由工作人員直接按下訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)按鈕完成對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練。摘要

8、:我國鐵路目前尚無對(duì)道岔控制電路實(shí)施行之有效的自動(dòng)監(jiān)測手段,而故障道岔的維修占用了較多的運(yùn)營時(shí)間。在此,利用一定的故障數(shù)據(jù),運(yùn)用專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合的方法,采用Visual C+和Matlab 聯(lián)合編程技術(shù),設(shè)計(jì)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(guān)鍵詞:專家系統(tǒng);神經(jīng)網(wǎng)絡(luò);道岔控制電路;故障診斷(下轉(zhuǎn)63頁圖2子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)1訓(xùn)練曲線圖1專家系統(tǒng)故障診斷結(jié)果1 科技論壇關(guān)于機(jī)組調(diào)試期間調(diào)試系統(tǒng)晃動(dòng)處理?xiàng)铒@東徐偉峰(寶清熱電廠,黑龍江寶清155600引言發(fā)電廠汽輪機(jī)在調(diào)試期間出現(xiàn)多次調(diào)速系統(tǒng)晃動(dòng)現(xiàn)象。根

9、據(jù)轉(zhuǎn)速晃動(dòng)的特點(diǎn),可將其主要的晃動(dòng)問題歸類為額定轉(zhuǎn)速時(shí)的小范圍和大幅度晃動(dòng)、停高壓油泵時(shí)的晃動(dòng)以及任意轉(zhuǎn)速時(shí)的晃動(dòng)4種類型。本文對(duì)這4種類型的原因進(jìn)行了分析,并對(duì)保證機(jī)組安全運(yùn)行提出了合理的處理措施。1額定轉(zhuǎn)速時(shí)的小范圍晃動(dòng)1.1小范圍晃動(dòng)的現(xiàn)象當(dāng)冷態(tài)啟動(dòng)汽輪機(jī)達(dá)3000r/min時(shí),經(jīng)常發(fā)生小范圍的轉(zhuǎn)速晃動(dòng)。如某次冷態(tài)啟動(dòng)轉(zhuǎn)速達(dá)3000r/min,進(jìn)行電氣方面有關(guān)的實(shí)驗(yàn)校隊(duì)時(shí),發(fā)現(xiàn)高壓調(diào)速汽門和中壓調(diào)速汽門晃動(dòng),約56秒鐘晃動(dòng)一次,當(dāng)時(shí)主蒸汽壓力為2.3Mpa,主蒸汽溫度為300.當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速小范圍晃動(dòng)時(shí),右側(cè)(面向汽輪機(jī)高壓油動(dòng)機(jī)的凸輪位置指示在4058mm間來回晃動(dòng),左側(cè)在4053mm間

10、來回晃動(dòng);高壓油動(dòng)機(jī)活塞下油壓一側(cè)在0.60.7Mpa范圍內(nèi)晃動(dòng),另一側(cè)在0.40.5Mpa范圍內(nèi)晃動(dòng);中壓調(diào)速汽門在全開和參與調(diào)節(jié)的界點(diǎn)位置大幅度來回晃動(dòng)。由于高壓調(diào)速汽門和中壓調(diào)速汽門晃動(dòng),引起轉(zhuǎn)速在2982 3005r/min范圍內(nèi)變化。1.2小范圍晃動(dòng)的原因這種晃動(dòng)的主要原因是在額定轉(zhuǎn)速時(shí)蒸汽參數(shù)、一級(jí)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(diǎn)位置,中壓油動(dòng)機(jī)來回晃動(dòng),用油量的變化導(dǎo)致高壓油動(dòng)機(jī)晃動(dòng)。1.3小范圍晃動(dòng)的消除措施當(dāng)機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)時(shí),應(yīng)選擇合適的參數(shù)。若出現(xiàn)轉(zhuǎn)速小范圍晃動(dòng),則應(yīng)將其它蒸汽參數(shù)降低或提高來減少晃動(dòng),并控制一級(jí)旁路開啟的大小(應(yīng)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(diǎn)晃動(dòng),避免因幾種因素的迭加而陷入危險(xiǎn)的境地。另外,有條件時(shí)將中壓油動(dòng)機(jī)凸輪改動(dòng),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(diǎn)位置晃動(dòng)。2額定轉(zhuǎn)速時(shí)的大幅度晃動(dòng)2.1大幅度晃動(dòng)現(xiàn)象當(dāng)在額定轉(zhuǎn)速高壓調(diào)速汽門出現(xiàn)小范圍晃動(dòng)時(shí),有時(shí)調(diào)速系統(tǒng)會(huì)突然出現(xiàn)大幅度晃動(dòng)現(xiàn)象。當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速飛升至3100r/min時(shí),又突然將高壓調(diào)速汽門關(guān)閉,不再開啟,只能將啟動(dòng)閥恢復(fù),重新升速。當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)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(dòng)機(jī)、中壓調(diào)速汽門、中壓油動(dòng)機(jī)強(qiáng)烈抖動(dòng),只能手扳危急保安器,使轉(zhuǎn)速降至較低后再升速,大幅度晃動(dòng)現(xiàn)象才消失。2.2大幅度晃動(dòng)的原因。這種類

12、型的晃動(dòng)是比較危險(xiǎn)的,特別是出現(xiàn)高壓調(diào)速汽門、高壓油動(dòng)機(jī)、中壓調(diào)速汽門、中壓油動(dòng)機(jī)強(qiáng)烈抖動(dòng)時(shí),有可能使部件損壞,出現(xiàn)難以預(yù)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(guān)?？諝庖环矫鎭碓从谄啓C(jī)啟動(dòng)前調(diào)節(jié)系統(tǒng)內(nèi)的殘余空氣,另一方面由于機(jī)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(gè)閥門,但調(diào)節(jié)系統(tǒng)圖上沒有標(biāo)注,所以在機(jī)組啟動(dòng)前往往疏忽,而未將此閥打開,造成轉(zhuǎn)子升速至一定值時(shí),主油泵打悶泵、發(fā)熱而產(chǎn)生氣泡進(jìn)入調(diào)節(jié)系統(tǒng),這些氣泡有可能在一次脈動(dòng)油和二次脈動(dòng)油或三次脈動(dòng)油系統(tǒng)內(nèi)。由于轉(zhuǎn)速升高至3000r/min時(shí),調(diào)速油泵(鉆孔泵出口一次脈動(dòng)油壓升高,導(dǎo)致一次脈動(dòng)油管道內(nèi)某些氣泡破

13、裂,使一次脈動(dòng)油壓瞬間下降,二次脈動(dòng)油壓、三次脈動(dòng)油壓升高,高壓調(diào)速汽門突然開大,從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)速由3000r/min突升至3100r/min;又由于二次脈動(dòng)油或三次脈動(dòng)油管道內(nèi)的油壓升高,使存在于二次脈動(dòng)油或三次脈動(dòng)油管道內(nèi)的某些氣泡破裂,造成二次脈動(dòng)油或三次脈動(dòng)油壓瞬間下降,又使高壓調(diào)速汽門突然關(guān)閉。2.3大幅度晃動(dòng)的消除措施為了防止額定轉(zhuǎn)速時(shí)的大幅度晃動(dòng),在啟動(dòng)前應(yīng)啟動(dòng)輔助油泵以排凈油系統(tǒng)內(nèi)的空氣,然后啟動(dòng)高壓油泵;在開機(jī)前還應(yīng)活動(dòng)調(diào)節(jié)部套,搖起啟動(dòng)閥,使主汽門、高壓調(diào)速汽門開啟一點(diǎn),再手扳危急保安器,迅速關(guān)閉主汽門、調(diào)速汽門(應(yīng)重復(fù)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(gè)閥門未打開,最好去掉此閥或?qū)⑵淇ㄔ谌_位置。3近滿速停高壓油泵時(shí)的晃動(dòng)3.1晃動(dòng)現(xiàn)象某次溫態(tài)啟動(dòng)時(shí)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(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)2902r/min時(shí),關(guān)高壓油泵出口門,然后停高壓油泵。這時(shí)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(jī)轉(zhuǎn)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(dòng)油壓隨之下降,汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速又恢復(fù)到2900r/min左右。3.2晃動(dòng)原因這種類型的轉(zhuǎn)速晃動(dòng)非常危險(xiǎn),

15、有時(shí)會(huì)使轉(zhuǎn)速飛升很多(如有一次熱態(tài)啟動(dòng)時(shí),轉(zhuǎn)速飛升達(dá)143r/min.如果再迭加其它因素引起的晃動(dòng),則轉(zhuǎn)速的飛升會(huì)更高。引起轉(zhuǎn)速飛升的主要原因是主油泵出口逆止閥卡澀。當(dāng)切換高壓油泵時(shí),汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速按電廠運(yùn)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(yùn)行時(shí)主油泵出口油壓2.1Mpa偏低。3.3晃動(dòng)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(zhuǎn)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(jìn)口油壓先逐漸下降,但當(dāng)主油泵進(jìn)口油壓降至0.6Mpa時(shí),即刻

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

17、轉(zhuǎn)速晃動(dòng)2.4故障診斷結(jié)果分析對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練完畢后就可以對(duì)第三種故障進(jìn)行診斷,點(diǎn)擊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)按鈕即可得到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷結(jié)果。由診斷結(jié)果可知,系統(tǒng)既實(shí)現(xiàn)了知識(shí)庫中存在的故障的診斷,又實(shí)現(xiàn)了知識(shí)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(jié)論故障診斷是一門發(fā)展中的學(xué)科,不斷有新的理論和新的方法注入,是一個(gè)富有挑戰(zhàn)性的研究領(lǐng)域。將專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合并應(yīng)用于道岔控制電路的故障診斷中,是一個(gè)有很大發(fā)展前景的新課題。對(duì)于這一研究領(lǐng)域,本文的工作僅僅是一個(gè)開端,還有許多問題有待進(jìn)一步研究。尋找一個(gè)方便快速實(shí)用的診斷方法是這一領(lǐng)域的當(dāng)務(wù)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(luò)相融合應(yīng)用于鐵路信號(hào)道岔控制電路故障診斷是一個(gè)有著很大應(yīng)用價(jià)值的研究方向。參考文獻(xiàn)1袁成華.信號(hào)設(shè)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(hào)設(shè)備故障診斷專家