一种基于键合图和专家系统相结合的半定量故障诊断系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于键合图和专家系统相结合的半定量故障诊断系统，包括数据模块向系统中导入故障数据；领域图模块绘制核动力装置设备和系统图；推理机模块设计推理逻辑架构，将定量键合图模型进行适应性更改，通过定性键合图的方法对推理机模块进行设计；阈值设定模块设定参数报警阈值；输入参数偏离此范围，就会在推理机模块中触发相应的推理事件，根据推理机模块推理得出其他参数的变化趋势与诊断结果。本发明专利技术亦可以通过系数的异常对未知故障进行诊断，同时可以通过参数异常范围来判断故障大小，实现半定量。本发明专利技术法比其他方法在针对核动力装置复杂系统的故障诊断上适应性更高，诊断范围更广泛，同时增加了一种专家系统知识获取的新方法。家系统知识获取的新方法。家系统知识获取的新方法。

【技术实现步骤摘要】
一种基于键合图和专家系统相结合的半定量故障诊断系统


[0001]本专利技术属于核动力装置的故障诊断领域，具体涉及一种基于键合图和专家系统相结合的半定量故障诊断系统。

技术介绍

[0002]核动力装置系统复杂，参数众多。为保证核电站的正常安全运行，需要操作员具有极强的专业能力与心理素质。在此背景下，故障诊断技术的地位日益显现。纵观全范围故障诊断技术，可以分为三类：基于解析模型的故障诊断技术、基于数据驱动的故障诊断技术以及基于专家系统的故障诊断技术。三种技术的优缺点及代表算法如表1所示。
[0003]表1故障诊断技术的优缺点及代表算法
[0004][0005]国外方面，丹麦科技大学电气工程系Morten Lind对多层流建模的知识获取与策略进行研究。美国伦斯勒理工学院Junyung KIM等人利用多层流模型对系统风险进行量化评估。美国匹兹堡大学Farber,JA等人研究了在没有事故数据的情况下的冷却剂丧失事故的诊断与检测方法韩国蔚山国立科学技术研究院Lee，Seung Jun等人采用卷积神经网络模型对核电站异常诊断进行研究。韩国Hongmin An等人利用核电厂模拟数据识别对压力边界部件故障进行诊断。美国密歇根大学Nguyen,TN等人运用概率模型搭建起核工程系统诊断框架。印度萨斯特拉大学Mandal,S等人运用奇异值分解的方法对核电站传感器进行故障检测。
[0006]国内方面，清华大学张勤、邓宏琛等人将立体动态不确定因果图(Dynamical Uncertainty Causality Graph,DUCG)的递归算法应用在核电站的故障诊断中。华北电力大学吴韬等人以百万千瓦级核电机组一回路作为分析的工程对象，运用FMEA、故障树并创新性的加入HMM理论模型，通过遗传算法对监测参数估计的方法实现对系统的状态评估与判断。海军工程大学杨光、钟小军等人利用SDG
‑
QTA对一回路冷却剂系统进行故障诊断。上
海交通大学陈玉昇等人运用深度学习神经网络的方法对核电厂进行故障诊断。哈尔滨工程大学王航等人运用卷积门控递归网络和增强粒子群优化的方法进行核电站故障诊断。厦门大学李宁、金典等人将在线监测算法应用在核电厂系统故障诊断之中。哈尔滨工程大学郭良壮等人利用仿真模型对核电站进行故障诊断。
[0007]每种方法的优缺点都十分突出。在如今计算机技术兴起的时代，故障诊断技术与计算机技术相结合，往往可以发挥更大的作用。随着科学技术的发展，人们对于故障诊断的要求在逐渐提高，更准确的定量化诊断一定是未来故障诊断技术的大势所趋。因此，基于解析模型的方法受到了无数研究学者的青睐。但是，解析模型的固有缺点却使很多研究人员望而却步。建立数学模型复杂，推理困难等缺点使得该方法的应用极其有限。对于工业中许多复杂系统无法获得其准确的数学模型，就不能运用该方法进行故障诊断，而其他方法又不能进行定量分析，诊断模糊。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种基于键合图和专家系统相结合的半定量故障诊断系统。
[0009]本专利技术的目的通过如下技术方案来实现：
[0010]一种基于键合图和专家系统相结合的半定量故障诊断系统，包括以下步骤：
[0011]步骤1：数据模块向系统中导入故障数据；
[0012]步骤1.1：从PCTRAN仿真机中引入故障，提取格式为xls故障数据文件；
[0013]步骤1.2：将该文件转换为UTF
‑
8编码，并将文件后缀改为csv；
[0014]步骤1.3：通过专家系统格式配置外部数据点，形成数据点配置文件，改为csv文件；
[0015]步骤1.4：通过OPC接口导入csv文件，系统将读取步骤1.3中数据点配置文件与步骤1.2中的数据文件，将参数值导入系统中；
[0016]步骤2：领域图模块绘制核动力装置设备和系统图；
[0017]绘制完毕后，设置内部数据点，设备包含的参数信息，与步骤1中数据模块的数据点一一对应，是将外部数据点映射到内部数据点的过程；
[0018]步骤3：推理机模块设计推理逻辑架构，将定量键合图模型进行适应性更改，通过定性键合图的方法对推理机模块进行设计；
[0019]步骤4：阈值设定模块设定参数报警阈值；
[0020]利用专家系统中的阈值设定机制或内部编程语言对参数阈值进行设定，分析试验或仿真机数据，得出正常与异常状态下各个参数的运行范围，将该范围设定到专家系统中；如果输入参数偏离此范围，就会在推理机模块中触发相应的推理事件，根据推理机模块推理得出其他参数的变化趋势与诊断结果。
[0021]进一步地，步骤3的具体步骤如下：
[0022]步骤3.1：将每个核动力装置分为至少1个控制体，进行分模块建模；表示每个控制体内部的能量、质量传递关系，绘制出每个控制体内部的键合图模型，键合图的建立步骤如下：
[0023]步骤3.1.1：选取势变量e与流变量f，可以是压力与质量流量，也可以是温度与能
量流量，也可以同时选取并建立两类键合图；故障数据需要通过压力、质量流量或温度、能量流量反映出来；
[0024]步骤3.1.2：冷却剂在一回路流动的过程中，热阻、耗散、流动阻力过程用R表示，冷却剂流动造成稳压器、蒸汽发生器控制体容积的变化过程用C表示；0节点表示压力或温度在该节点处均相同，质量流量或能量流量在该节点处为代数和；1节点表示质量流量或能量流量在该节点处均相同，压力或温度在该节点处为代数和；
[0025]0节点：e1＝e2＝e3[0026]f1＝f2+f3[0027]1节点：e1＝e2+e3[0028]f1＝f2＝f3[0029]步骤3.1.3：确定控制体内输入与输出，判断键的因果关系；
[0030]步骤3.2：通过步骤3.1中的定性键合图模型，找出控制体内部势变量的输入与输出，绘制时间因果图，绘制步骤如下：
[0031]步骤3.2.1：列出所有设备及系统的解析方程，方程式中因变量置于方程等式右边，果变量置于方程左边；
[0032]e1＝Rf1代表由f1求解出e1，箭头由f1指向e
1；
[0033]代表由e1求解出f1，箭头由e1指向f1；
[0034]步骤3.2.2：根据步骤3.2.1得出的方程连接变量；将各控制体势变量，压力或温度，按顺序排列在第一行，流变量，质量流量或能量流量，按顺序排列在第二行；箭头由方程右边的输入变量指向方程左边的输出变量，同时根据方程在箭头上标明变量之间的关系；+1代表正相关，
‑
1代表负相关，＝代表两变量相等；
[0035]步骤3.3：根据步骤3.2绘制的时间因果图，找出输入变量和输出变量的影响导致关系，得到变量关系图，绘制步骤如下：
[0036]步骤3.3.1：在时间因果图中设定一个变量作为开始点，根据变量在时间因果图中的传播路径进行前后向传播，每一条路径在出现已知变量时终止；
[0037]步骤3.3.2：当一条路本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于键合图和专家系统相结合的半定量故障诊断系统，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：数据模块向系统中导入故障数据；步骤1.1：从PCTRAN仿真机中引入故障，提取格式为xls故障数据文件；步骤1.2：将该文件转换为UTF
‑
8编码，并将文件后缀改为csv；步骤1.3：通过专家系统格式配置外部数据点，形成数据点配置文件，改为csv文件；步骤1.4：通过OPC接口导入csv文件，系统将读取步骤1.3中数据点配置文件与步骤1.2中的数据文件，将参数值导入系统中；步骤2：领域图模块绘制核动力装置设备和系统图；绘制完毕后，设置内部数据点，设备包含的参数信息，与步骤1中数据模块的数据点一一对应，是将外部数据点映射到内部数据点的过程；步骤3：推理机模块设计推理逻辑架构，将定量键合图模型进行适应性更改，通过定性键合图的方法对推理机模块进行设计；步骤4：阈值设定模块设定参数报警阈值；利用专家系统中的阈值设定机制或内部编程语言对参数阈值进行设定，分析试验或仿真机数据，得出正常与异常状态下各个参数的运行范围，将该范围设定到专家系统中；如果输入参数偏离此范围，就会在推理机模块中触发相应的推理事件，根据推理机模块推理得出其他参数的变化趋势与诊断结果。2.根据权利要求1所述的一种基于键合图和专家系统相结合的半定量故障诊断系统，其特征在于：步骤3的具体步骤如下：步骤3.1：将每个核动力装置分为至少1个控制体，进行分模块建模；表示每个控制体内部的能量、质量传递关系，绘制出每个控制体内部的键合图模型，键合图的建立步骤如下：步骤3.1.1：选取势变量e与流变量f，可以是压力与质量流量，也可以是温度与能量流量，也可以同时选取并建立两类键合图；故障数据需要通过压力、质量流量或温度、能量流量反映出来；步骤3.1.2：冷却剂在一回路流动的过程中，热阻、耗散、流动阻力过程用R表示，冷却剂流动造成稳压器、蒸汽发生器控制体容积的变化过程用C表示；0节点表示压力或温度在该节点处均相同，质量流量或能量流量在该节点处为代数和；1节点表示质量流量或能量流量在该节点处均相同，压力或温度在该节点处为代数和；0节点：e1＝e2＝e3f1＝f2+f31节点：e1＝e2+e3f1＝f2＝f3步骤3.1.3：确定控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭敏俊，周卓然，王航，马战国，姜莹莹，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：