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水利工程自动化控制系统故障排除方法魏晓

发表时间：2020/3/3 来源：《电力设备》2019年第20期作者：魏晓

[导读] 摘要：水利工程是我国城市建设的枢纽，同时也提高了我国的经济建设，为了提高水利工程自动化控制系统的故障诊断能力，提出一种基于自动巡检和深度学习的水利工程自动控制系统故障指令智能检测技术，实现控制系统故障的智能排除。

        (新疆伊犁河流域开发建设管理局新疆伊犁 835000)
        摘要：水利工程是我国城市建设的枢纽，同时也提高了我国的经济建设，为了提高水利工程自动化控制系统的故障诊断能力，提出一种基于自动巡检和深度学习的水利工程自动控制系统故障指令智能检测技术，实现控制系统故障的智能排除。对水利工程自动控制系统故障指令进行频谱分解，根据水利工程自动控制系统故障状态下输出的信号和指令进行谱特征提取，结合关联规则挖掘方法进行故障大数据挖掘，采用自动巡检方法进行自动控制系统的故障信息自适应检测，根据检测的故障特征量的差异性进行故障辨识，实现水利工程自动控制系统的故障优化排除。在AＲM环境下实现水利工程自动化控制系统故障排除模块的硬件优化设计。测试结果表明，采用该方法案进行水利工程自动化控制系统故障排除的有效性较好，故障检测的准确度较高。
        关键词：水利工程;自动化控制系统;故障排除
        引言
        水利工程作为社会经济发展的重要基础设施,在改善工农业生产发展条件、提高城市抗旱排涝能力、促进建设高产稳产的农田和优秀的城市经济开发区等方面发挥着非常重要的作用。泵站作为水利工程中典型的能源转换结构体,是水利机械设备、电力设备、以及水工建筑物相互结合的综合体。
        1故障检测和诊断原理结构设计
        在故障特征分析的基础上对水利工程自动化控制系统的工况进行状态识别，采用柔性学习方法，根据水利工程自动化控制系统故障属性进行分类，采用自适应特征融合调度进行故障大数据的分类辨别，进行水利工程自动化控制系统故障检测和诊断决策。在水利工程自动化控制系统故障特征分量 z 分布的半径 T 区域中，采用经验模态分解进行故障属性判别，进行故障特征挖掘和状态趋势预测，构建水利工程自动化控制系统的故障检测信号模型，采用 AD 转换模块对采集的水利工程自动化控制系统的传感信息进行数模转换和信息融合处理。在多传感器设备中实现对水利工程自动化控制系统的故障信息的存储和识别，建立故障类别数据库，采用专家诊断系统，进行自动化控制系统的故障特征分解，建立故障数据传输的通信程序，结合模糊 PID 控制方法，进行水利工程自动化控制系统故障检测和识别。
        2水利工程自动化控制系统故障排除方法
        2.1故障排除装置的硬件设计
        在上述故障检测算法设计的基础上，对故障排除装置的硬件设计。因为C51单片机具有AD/DA模块，拥有40个管脚，具有强大的处理功能，硬件资源和运算速度都十分强大，能够匹配深度学习时大量计算的需求，因此本文选取C51单片机对故障排除装置进行硬件设计。进行水利工程自动化控制系统故障检测装置的优化设计，以单片机作为核心控制芯片进行水利工程自动化控制系统故障检测装置的往复式控制，AＲM嵌入式微处理器环境下进行水利工程自动化控制系统故障检测装置的硬件模块化开发。采用单片机设计中央处理器模块进行水利工程自动化控制系统故障检测装置的智能信息处理和集成信息分析，结合C51单片机进行水利工程自动化控制系统故障检测装置的集成设计和计算机控制，在AD模块中进行数据采集和输出转换控制，系统总体结构包括传感器模块、总线传输模块、自动控制模块、嵌入式控制模块、时钟控制模块等，根据控制时钟进行检测装置的自动化匹配，提高水利工程自动化控制系统故障检测装置的自适应调节能力和远程控制能力。采用C51单片机进行总线设计，通过DSP发送水利工程自动化控制系统故障检测装置控制指令，在执行器中进行控制指令收发转换控制，在AＲM嵌入式微处理器环境下进行水利工程自动化控制系统故障检测装置的硬件模块化开发，完成对水利工程自动化控制系统故障检测装置的硬件集成设计。

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        2.2利用自动化控制系统可视化监视泵站全局
        对于自动化控制系统而言，其上位机中的可视化人机互通界面中，设置整个泵站层次重叠菜单的画面，其包括主变监视、电气主接线、开机及停机判断闭锁流程图、水泵机组单元监视以及油气水等，另外还包括闸门控制系统。在泵站运行管理过程中，相关工作人员只要利用鼠标对上位机各个功能菜单选项直接进行选择，便能够全方面了解整个泵站系统运行状态以及相关数据信息，从而能够将合理高效运行调度计划制定出来。为能够使管理工作更加方便，在自动化控制系统中，对于每个管理人员而言，其均设置密码，在管理界面上只有将正确个人信息输入，然后才能够利用自动控制系统管理整个泵站。另外，在自动化控制系统中，还有多层防护闭锁程序的设置，可有效避免出现人为误操作事故，使整个系统都能够保证高效稳定运行。
        2.3对保护系统的监测控制
        微机自动化监测控制系统与水泵机组自动化保护装置相互搭配,实现同步电机纵差、过流、低频率、零序差动、失磁、失步、低功率等跳闸保护。同时通过多种运行模式切换,实现泵站主变、站用变、以及同步电动机间的灵活搭配完成以上多种保护功能。在对机组进行监测时,除计量水泵机组所消耗电量外,还可以监测水泵机组上下导瓦、推力瓦、水导瓦等部件的温度、励磁特性参数、励磁系统运行工况等数据信息,并通过内部DSP数据处理单元,生产相应调节控制信号和保护命令,保证水泵机组高效稳定的运行。微机自动化监测控制系统还具备智能预测判断功能,系统内部程序可以利用历史运行数据、波形等参数信息,通过内部智能判断功能程序,形成相应的故障预测决策,便于工作人员及早发现系统运行内部存在的安全隐患,有效提高机组运行可靠性。
        2.4系统总体情况了解
        作为维护人员，首先需要能够对水利工程当中自动化系统的结构以及整体布局形成较好的熟悉与了解，从全局角度对系统设备的通讯信号、操作步骤以及控制命令等信息进行把握。无论自动化系统在接线以及设备方面如何复杂，其系统结构通常较为直观与简单，通过系统图的观察即能够直观的了解。在把握系统通信拓扑图的基础上，同具体设备系统如以及PLC系统图的配合应用即能够实现整个自动化系统的把握。在做好系统整体情况后，即需要对系统当中自动化设备的特性、工作参数以及具体作用形成了解，对自动化元件、设备在正常模式当中的运行状态，以及在故障情况下发出的报警信息进行充分的熟悉了解。对于微机保护以及PLC设备来说，其越是高级，在故障判断方面则将具有更简单的特点。在这部分设备当中，通常都具有故障指示灯的设置，在高级设备当中，甚至会将故障发生的时间与原因进行直观的显示。而对于温度传感器、压力传感器这部分简单的感应元器件以及中间继电器电气特性如常开常闭状态、常规阻值以及量程范围等，则需要能够做好资料参数的收集与了解。最后，则需要对自动化系统所控制的电气设备以及机械设备形成充分的了解。在自动化设备运行当中是否能够正确的相关数据进行反映、对各类信息进行及时的传递以及是否能够实现相关设备的精确控制都是对自动化设备进行检验的一项重要标准。
        结语
        提出一种基于自动巡检和深度学习的水利工程自动控制系统故障指令智能检测技术，实现控制系统故障的智能排除。对水利工程自动控制系统故障指令进行频谱分解，根据水利工程自动控制系统故障状态下输出的信号和指令进行谱特征提取，结合关联规则挖掘方法进行故障大数据挖掘，采用自动巡检方法进行自动控制系统的故障信息自适应检测，根据检测的故障特征量的差异性进行故障辨识，实现水利工程自动控制系统的故障优化排除。
        参考文献：
        [1］王海峰，陆军．复杂电力设备突发故障诊断方法研究与仿真［J］．计算机仿真，2013，30(3):127－129．
        ［2］张宏利，刘吉成，李栋，等．基于免疫机理的设备异常度检测与故障诊断快速融合方法研究［J］．机械设计与制造工程2016，45(11):96－101．