基于故障樹分析法RTU的故障診斷

隋濤

摘要：采用故障樹分析法對智能路燈照明監(jiān)控遠(yuǎn)程終端單元RTU進(jìn)行故障分析診斷，實現(xiàn)及時準(zhǔn)確查找具體故障原因，提高故障維修率及系統(tǒng)的可靠性。

關(guān)鍵字：RTU；故障樹分析；可靠性

遠(yuǎn)程終端單元（RTU）作為SCADA系統(tǒng)不可缺少的重要部分，主要完成現(xiàn)場設(shè)備數(shù)據(jù)的采集、處理與傳輸。本文以智能路燈照明系統(tǒng)為應(yīng)用背景，RTU工作在環(huán)境惡劣的室外，受外部環(huán)境的影響及內(nèi)部因素的干擾易產(chǎn)生故障，使夜間照明系統(tǒng)不能為行人實時提供舒適的通行環(huán)境，造成嚴(yán)重的交通事故。故障樹分析法簡單易懂便于維修人員直觀清楚的了解各個事件之間的聯(lián)系，及時查找故障源確保系統(tǒng)可靠性。

故障樹分析法

故障樹分析法（Fault Tree Analysis，簡稱FTA）是用于復(fù)雜系統(tǒng)可靠性、安全性分析的一種重要方法。故障樹分析法對可能造成系統(tǒng)故障的各種因素（包括硬件、環(huán)境和人為等）分析，畫出邏輯框圖（即故障樹），確定系統(tǒng)故障原因的可能組合方式及發(fā)生的概率，從大到小排序從而確定診斷順序[1]。

RTU故障分析

RTU是以微控制器為核心組成的嵌入式智能監(jiān)控終端系統(tǒng)，完成數(shù)據(jù)的采集、處理與傳輸。按功能將RTU故障進(jìn)行分類，主要分為以下幾種故障類型。

（1）供電功能故障

斷器開路、閘刀接觸不良、接觸器受熱變形卡死、主觸點燒損等原因會導(dǎo)致電源缺相。電源缺相分為A-B、A-C、B-C缺相。受雷雨侵蝕及粉塵雜質(zhì)的影響蓄電池正極板腐蝕、電解液純度下降導(dǎo)致電池內(nèi)部短路、斷路等現(xiàn)象[2]。

（2）數(shù)據(jù)采集功能模塊故障

RTU受電磁干擾較為嚴(yán)重時會出現(xiàn)數(shù)據(jù)采集混亂或無法采集，根據(jù)RTU數(shù)據(jù)采集原理，模擬信號的采集故障主要包括電子開關(guān)芯片的模擬開關(guān)始終處于斷開或閉合狀態(tài)、A/D轉(zhuǎn)換器故障、I/O板卡故障等。

（3）數(shù)據(jù)通信模塊故障

RTU采用傳輸速度快、實時在線、網(wǎng)路接入速度快的GPRS 通信方式。在智能路燈照明系統(tǒng)中有幾種常見的GPRS故障，繼電無法維持工作、終端功率數(shù)據(jù)不正常、設(shè)備故障、接觸故障、參數(shù)設(shè)置出錯等。

RTU故障樹模型建立及分析

把最不希望即對系統(tǒng)危害性最大的事件為頂事件。從頂事件往下逐級分析，不需繼續(xù)分解的故障稱為底事件，位于頂事件與底事件的事件為中間事件。清楚各故障事件之間的邏輯關(guān)系采用邏輯符將各事件連接，即形成故障樹[3]。利用參數(shù)計算頂事件概率、底事件結(jié)構(gòu)重要度，從大到小一一排列。故障樹實例模型如圖1所示。

底事件概率 頂事件概率、底事件概率重要度等數(shù)值的求解都以底事件概率為基礎(chǔ)。底事件數(shù)據(jù)的收集不是一個簡單的統(tǒng)計過程，與器件的工作性能、應(yīng)用環(huán)境等因素有密切關(guān)系。本文采用工程判斷法進(jìn)行求解，工程判斷法是由有工程經(jīng)驗的專家按照一定的原則選取影響產(chǎn)品可靠安全性的因素并進(jìn)行估值，通過統(tǒng)計方法得出判斷對象概率值的過程[4]。

底事件概率值用公式（1）表示

式中：—第個判斷對象的統(tǒng)計概率值，i=1，2…，m；m—判斷對象數(shù)；—第k個專家的影響度，1≤≤5；—第k個專家對第i個對象判斷所給出的概率值 >0；n—專家組成員數(shù)。經(jīng)工程判斷法計得故障樹的底事件發(fā)生概率如表1所示。

故障樹定量分析 底事件概率重要度是指底事件發(fā)生概率引起頂事件發(fā)生概率變化的程度。設(shè)每個事件生概率為Fi，i=1，2，3...，n頂事件發(fā)生的概率為FT則 FT=FT（F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，...Fn）第i個底事件的概率重要度為，i=，2，3，...n[6]，底事件的概率重要度為表2所示。

x18、x15、x19概率重要度最高，三個底事件均會導(dǎo)致數(shù)據(jù)通信故障。系統(tǒng)異常時可以先排查通信功能是否正常，從上表所提供數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)X3、X4、X5事件發(fā)生概率僅低于以上底事件。三個底事件均為數(shù)據(jù)采集功能故障底事件。所以當(dāng)系統(tǒng)異常時，數(shù)據(jù)采集功能發(fā)生的可能性較大。

頂事件發(fā)生概率 底事件x（i）發(fā)生的概率[6]，即隨機(jī)變量x（i）的期望值為：

頂事件概率為：。經(jīng)計算頂事件發(fā)生概率依次為0.131、0.127、0.0009。綜合頂事件發(fā)生概率、底事件概率重要度，得通信故障發(fā)生的可能性最大。

總結(jié)及展望

文章對RTU在智能路燈照明系統(tǒng)應(yīng)用中可能產(chǎn)生的故障總結(jié)，清楚各故障之間的邏輯關(guān)系完成以RTU故障為頂事件的故障樹，對故障樹進(jìn)行分析。以通信故障為例，證明故障樹分析法對RTU故障診斷的可行性。對提高智能路燈照明系統(tǒng)的可靠性具有實際應(yīng)用價值。但文章針對發(fā)生概率相對較低的底事件有所疏漏，需進(jìn)一步進(jìn)行改進(jìn)。

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