AB高壓變頻器

1、變頻器故障診斷過(guò)程中存在的問(wèn)題

目前，在冶金、鋼鐵、石油、化工、水處理等各行業(yè)中，高壓變頻器被廣泛用于驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)、泵類、壓縮機(jī)及各種大型機(jī)械，已成為當(dāng)今節(jié)電、改造傳統(tǒng)工業(yè)、提高生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化水平推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步的主要手段之一。高壓變頻器運(yùn)行時(shí)一旦發(fā)生故障，輕則使調(diào)速系統(tǒng)不能正常工作，重則導(dǎo)致設(shè)備損壞，極大的影響了生產(chǎn)系統(tǒng)并會(huì)帶來(lái)巨大經(jīng)濟(jì)損失。變頻器故障診斷過(guò)程中主要存在以下問(wèn)題：一、領(lǐng)域?qū)＜覕?shù)量短缺，技術(shù)力量相對(duì)薄弱；二、診斷過(guò)程中普遍存在隨意性和盲目性；三、故障知識(shí)資料管理不規(guī)范，必要時(shí)查閱困難。此外，變頻器的故障診斷技術(shù)大多數(shù)針對(duì)通用變頻器，對(duì)高壓變頻器故障診斷技術(shù)的研究則較少。因此，建立××準(zhǔn)確的高壓變頻器的故障診斷專家系統(tǒng)顯得尤為重要。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)利用此系統(tǒng)可以迅速找出故障的性質(zhì)、原因及處理方法，盡快排除故障并恢復(fù)生產(chǎn)。

2、變頻器故障診斷技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

2.1基于信號(hào)處理的變頻器故障診斷

國(guó)內(nèi)：提出用傅立葉方法診斷三相全控整流電路的故障。通過(guò)對(duì)關(guān)鍵信號(hào)波形進(jìn)行傅立葉分析，將時(shí)域信息變換到頻域分析，根據(jù)幅值特征診斷出是哪一種故障，再利用相位特征診斷到故障類型中的具體故障元。

國(guó)外：提出基于沃爾什分析法的三相全控整流電路診斷方法。通過(guò)電路中包含故障信息的關(guān)鍵點(diǎn)波形做沃爾什變換，將時(shí)域中波形的一個(gè)周期變換到頻率域中，利用頻率域中的故障特征，實(shí)現(xiàn)故障的檢測(cè)與定位。

基于信號(hào)處理的故障診斷方法，無(wú)需對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，靈敏度高，診斷速度快，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，可在線實(shí)時(shí)故障診斷，但×大的難點(diǎn)是故障特征判別參數(shù)的設(shè)定，沒(méi)有一種通用的、切實(shí)可行的設(shè)定方法，通常需要根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)整理歸納來(lái)設(shè)定。

2.2基于故障樹(shù)的變頻器故障診斷

故障樹(shù)診斷原理：故障樹(shù)模型是一個(gè)基于被診斷對(duì)象結(jié)構(gòu)、功能特性的行為模型，是一種定型的因果模型，以系統(tǒng)×不希望事件為頂事件，以可能導(dǎo)致頂事件發(fā)生的其他事件為中間事件和底事件，并用邏輯門表示事件之間聯(lián)系的一種倒樹(shù)狀結(jié)構(gòu)。它反映了特征向量和故障向量（故障原因）之間的全部邏輯關(guān)系。

基于故障樹(shù)的變頻器故障診斷方法的步驟：① 選擇合理的頂事件，一般以待診斷對(duì)象故障為頂事件；② 根據(jù)對(duì)變頻器進(jìn)行的故障分析，建立正確合理故障樹(shù)；③ 選擇合理的搜尋方式（邏輯推理診斷法和×小割集診斷法），進(jìn)行故障搜尋與診斷。故障樹(shù)法對(duì)故障源的搜尋，直接簡(jiǎn)單、靈活性大、通用性好，它是以正確故障樹(shù)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的，因此建造正確合理的故障樹(shù)是診斷的核心和關(guān)鍵。

2.3基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的變頻器故障診斷

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的出現(xiàn)為故障診斷問(wèn)題提供了一種新的解決途徑。利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，結(jié)合領(lǐng)域知識(shí)，開(kāi)發(fā)故障診斷系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)診斷對(duì)象的狀態(tài)識(shí)別和故障分類、推理故障原因，特別對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)。由于基于解析模型的故障診斷方法面臨著建立數(shù)學(xué)模型的實(shí)際困難，基于知識(shí)的故障診斷方法成了重要的、也是實(shí)際可行的方法。而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的FO非線性映射特性、信息的分布存儲(chǔ)、并行處理和全局集體作用，特別是高度的自組織和自學(xué)習(xí)能力，使其成為故障診斷的一種有效方法和手段，并己在許多實(shí)際系統(tǒng)中得到了成功的應(yīng)用。變頻裝置是一個(gè)隨機(jī)性、模糊性很強(qiáng)的系統(tǒng)，用傳統(tǒng)的方法難以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確地、快速地故障檢測(cè)和定位，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)為解決這一問(wèn)題提供了有效途徑。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷雖然有它獨(dú)特的優(yōu)越性，但也存在一些困難，主要表現(xiàn)在三方面：一是訓(xùn)練樣本獲取困難；二是忽視了領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗(yàn)知識(shí)；三是網(wǎng)絡(luò)權(quán)值形式表達(dá)方式難以理解。

3、高壓變頻器故障診斷專家系統(tǒng)的功能分析

高壓變頻器故障診斷專家系統(tǒng)通過(guò)總結(jié)專家所擁有的故障經(jīng)驗(yàn)，形成故障現(xiàn)象與原因之間的判斷規(guī)則，利用新故障現(xiàn)象與判斷規(guī)則的匹配關(guān)系，診斷故障原因并顯示處理方法。從軟件工程的角度來(lái)看，深入、透徹地了解和分析用戶需求，并在此基礎(chǔ)上建立合理、實(shí)用的軟件結(jié)構(gòu)是至關(guān)重要的一步。隨著診斷理論與技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，用戶對(duì)專家系統(tǒng)提出了更高的要求。用戶需求可分為如下幾個(gè)方面：(1)能涵蓋高壓變頻器的所有常見(jiàn)故障，對(duì)每一個(gè)故障，都能給出一個(gè)適當(dāng)診斷結(jié)果（故障原因、處理方法等）。(2)推理診斷速度較快，診斷結(jié)果準(zhǔn)確率較高，可以提供近乎高壓變頻器專家的較為詳細(xì)的故障處理方法。(3)專家系統(tǒng)須具有缺陷庫(kù)自我豐富、判斷規(guī)則自我擴(kuò)充的功能，能在不斷判斷故障、進(jìn)行分析的過(guò)程中，提高診斷準(zhǔn)確程度，逐漸豐富功能。(4)人機(jī)對(duì)話的質(zhì)量要高，專家系統(tǒng)輸出結(jié)果和解釋時(shí)用詞要易于用戶接受；用戶界面要友好，操作要容易。根據(jù)以上高壓變頻器故障診斷的功能需求分析，提出了故障診斷專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，其功能框圖如圖1所示。

專家系統(tǒng)從功能上分為四部分：知識(shí)庫(kù)管理、故障樹(shù)分析、故障診斷和診斷報(bào)告管理。

(1)知識(shí)庫(kù)管理

知識(shí)庫(kù)管理的主要作用是管理高壓變頻器故障診斷專家系統(tǒng)的診斷知識(shí)庫(kù)，可實(shí)現(xiàn)規(guī)則瀏覽和故障樹(shù)管理的功能，它們均需故障樹(shù)的支持。規(guī)則瀏覽模塊的功能是使用戶可以快速瀏覽規(guī)則屬性、故障原因及處理方法等內(nèi)容。打開(kāi)規(guī)則瀏覽界面窗口可以看到編輯好的規(guī)則，也可以通過(guò)檢索快速檢索到需要查看的規(guī)則。故障樹(shù)管理模塊設(shè)有專家和普通用戶登陸窗口，只有高壓變頻器專家可以使用。故障樹(shù)管理模塊的功能是管理故障樹(shù)，專家可以對(duì)故障樹(shù)進(jìn)行增加、修改或刪除操作，使診斷知識(shí)庫(kù)更加準(zhǔn)確和完整。

(2)故障樹(shù)分析

由于診斷知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)允許專家進(jìn)行添加、修改、刪除等操作，這勢(shì)必會(huì)引起故障樹(shù)定性和定量分析結(jié)果的改變，從而影響各底事件在規(guī)則中的優(yōu)先級(jí)順序。為了保持運(yùn)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，必須重新對(duì)故障樹(shù)進(jìn)行分析。這一功能可實(shí)現(xiàn)故障樹(shù)的定性、定量計(jì)算、底事件概率和重要度曲線顯示及重要度排序等功能。此模塊只供高壓變頻器專家使用，專家可通過(guò)更改診斷知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)及其發(fā)生概率來(lái)重新進(jìn)行故障樹(shù)分析。

(3)故障診斷

故障診斷模塊是專家系統(tǒng)的核心部分，用戶通過(guò)輸入故障關(guān)鍵字訪問(wèn)知識(shí)庫(kù)，獲取診斷信息，經(jīng)過(guò)專家系統(tǒng)的推理得到×終診斷結(jié)果，借助友好的人機(jī)界面將推理過(guò)程和診斷結(jié)果提供給用戶。

(4)診斷報(bào)告顯示

系統(tǒng)提供生成診斷報(bào)告及查看歷史報(bào)告的功能。用戶可以將診斷結(jié)果保存下來(lái)，也可隨時(shí)調(diào)出歷史診斷報(bào)告查看或借鑒。

本文針對(duì)高壓變頻器運(yùn)行過(guò)程中時(shí)常發(fā)生故障，嚴(yán)重影響經(jīng)濟(jì)效益的情況，運(yùn)用故障樹(shù)分析法，廣泛汲取領(lǐng)域?qū)＜抑R(shí)，開(kāi)發(fā)出一套高壓變頻器故障診斷專家系統(tǒng)。利用本系統(tǒng)可以使運(yùn)行、檢修人員快速、準(zhǔn)確地診斷出高壓變頻器的故障原因和處理方法，進(jìn)而提高高壓變頻器的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平。