基于故障树分析法的照明系统RTU故障诊断研究

摘要

远程终端单元（RTU）作为照明系统的现场测控单元，集数据采集、传输与现场控制于一体，使照明系统能够实时远程监管现场设备，确保夜间正常照明。但由于RTU长期处于无人监管、环境恶劣的室外，易产生各种不确定性故障，若不能及时确定故障源而错过维修时间，会扰乱整个城市的交通秩序，所以对RTU的故障诊断研究具有实际的研究意义。
　　本文采用故障树分析法实现RTU的故障诊断。首先对故障树分析原理、建立过程、定性与定量分析进行研究，针对传统故障树分析法中底事件失效率获取困难、定性定量分析过程复杂及诊断结果存在偏差问题，分别采用基于层次分析法（AHP）的专家模糊综合评判方法、二元决策图法（BDD）和综合分析底事件重要度的方法实现对传统故障树分析法的优化。然后基于上述理论研究和RTU在系统中的工作原理，搭建实验平台，总结RTU在应用中常见故障，对RTU故障采用模块化分类，以“通信模块异常”为例，验证分析方法的可行性和准确性。为验证RTU进行故障诊断的必要性，采用基于故障树的Monte Carlo方法对RTU系统进行可靠性仿真实验，并将可靠性数据与正态分布拟合，提高可靠性分析的准确度和可行度。最后将故障树分析法与故障推理技术相结合，以SQL Server2005为平台构建基于故障树的知识库，分别采用广度优先检索方式和基于故障树反向推理机制进行检索和推理，实现基于故障树的RTU故障诊断系统的设计。
　　对三个不同时段的RTU系统进行故障诊断实验，实验结果表明本文研究内容能够及时准确的实现RTU的故障诊断，对提高RTU及应用系统的可靠性和安全性具有有效的应用价值，同时对其他RTU应用系统的故障诊断研究提供了参考依据。

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Abstract

Contents

1 绪 论

1.1 课题背景及意义

1.2 故障诊断技术的发展与现状

1.3 故障诊断分类方式

1.4 RTU的故障诊断

1.5 课题研究内容

2 故障树分析法

2.1 故障树分析法概述

2.1.1 故障树分析法的特点

2.1.2 故障树建立及符号表示

2.2 故障树定性与定量分析

2.2.1 定性分析

2.2.2 定量分析

2.2.3 结构重要度和关键重要度

2.2.4 BDD分析法

2.3 底事件模糊失效率的分析

2.3.1 底事件模糊数的建立及合成

2.3.2 专家权重的确定

2.3.3 合成专家模糊评判的方法

2.4 本章小结

3 RTU应用及其故障树分析

3.1 RTU应用系统概述

3.1.1 RTU系统功能

3.1.2 RTU系统基本工作原理

3.2 RTU故障树分析

3.2.1 各模块故障

3.2.2 RTU故障特点

3.3 通信模块故障树分析

3.3.1 建立故障树

3.3.2 定性与定量分析

3.4 本章小结

4 基于故障树Monte Carlo的RTU可靠性分析

4.1 Monte Carlo原理

4.1.1 随机变量抽取

4.1.2 Monte Carlo仿真模型

4.1.3 可靠性指标点估计

4.1.4 仿真过程

4.2 RTU系统可靠性分析

4.2.1 建立过程

4.2.2 仿真结果分析

4.3 本章小结

5 基于故障树的故障诊断系统设计

5.1 诊断系统总体设计

5.1.1 知识库

5.1.2 故障等级设置

5.2 故障树的检索

5.3 推理机制

5.3.1 正向、反向推理机制

5.3.2 基于故障树的推理机制

5.4 RTU故障诊断实现

5.4.1 底事件模糊失效率

5.4.2 定性与定量分析

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

附 录

攻读硕士期间主要成果