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水利枢纽闸门综合集成自动化研究与实践

作　者: 张志学
导　师: 李朝晖；毕亚雄
学　校: 华中科技大学
专　业: 水利水电工程
关键词: 控制维护管理集成系统水利枢纽泄洪闸门综合集成自动化系统技术管理信息系统容错控制智能控制神经网络状态检修故障诊断虚拟现实
分类号: TV66
类　型: 博士论文
年　份: 2004年
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内容摘要

随着生产规模的逐步扩大,生产自动化水平的日益提高,工业自动化系统结构日益复杂,功能更加强大,各种信息技术、人工智能技术得以广泛的应用。一般意义上的单一生产控制自动化已经不能满足需要,在设备日常使用过程中故障诊断、检修维护、技术管理等问题日见突出,设备检修自动化和技术管理自动化的水平有待进一步提高。并且生产自动化、检修自动化、技术管理自动化要综合考虑,系统分析,形成综合集成自动化系统,提高控制水平的同时获得较高设备的可利用率,最终获得良好的经济效益。本论文的研究旨在提供一种解决水利枢纽泄洪闸门控制、维护和技术管理集成的综合集成自动化系统(FGIAS),全面提高水利枢纽的泄洪调度自动化程度。利用现代信息技术、网络技术、人工智能成果,实现水利枢纽泄洪闸门的控制、维护和技术管理集成的综合集成自动化系统。本文在全面系统总结控制、维护、技术管理集成系统的理论研究成果的基础上,创造性地提出将其应用于水利枢纽泄洪闸门自动化系统中,形成水利枢纽控制维护管理综合集成自动化系统。该系统不但充分利用了现代信息技术,还在该系统成功地应用了人工智能、虚拟现实等新型技术,丰富了控制、维护、技术管理集成系统的内容。给出了所研究的主要问题、研究的目的和意义以及课题进行的技术背景。首先,回顾了目前工业自动化系统中控制、维护、技术管理的发展状况。接着,介绍了当前控制、维护、技术管理集成系统(CMMS)的研究状况。然后论述了对水利枢纽进行控制、维护、技术管理进行集成自动化的必要性、可行性和科学性。最后,给出了本文的主要研究工作及其意义,并给出了论文的整体组织结构。首先建立了水利枢纽泄洪闸门进行控制、维护和技术管理集成的总体结构模型、系统信息模型,并对系统功能模型进行详细分析,提供了一个符合现代科学技术发展水平的,集控制、维护和技术管理于一体的,具有创新意义的水利枢纽综合集成自动化系统的体系结构。并且在对水利枢纽综合集成自动化系统的控制域、维护域和技术管理域进行详细功能分析的基础上,建立了控制域功能信息模型、维护域功<WP=5>能信息模型和技术管理域功能信息模型。各个信息域通过信息流进行系统集成。这些信息系统模型的建立,为各个领域进行信息的共享、交互和系统集成打下良好的基础,并可以据此对整个水利枢纽,甚至整个水利调度流域的整体经济效果进行优化,提高综合经济效益。系统地阐述了控制系统故障诊断和容错控制的基本概念、意义和任务,并对其发展过程作以简要回顾。在此基础上,FGIAS应用智能技术将故障诊断与相应的可靠控制策略结合起来,在故障诊断定位的基础上,通过控制策略的变化,消除或弱化故障的影响。因此,在保证系统安全的基础上,提高了综合集成自动化系统的可利用率。在分析FGIAS液压系统失效机理的基础上,总结液压系统的结构和功能知识,并结合现地运行人员和专家的浅知识以及模型参考故障诊断方法,形成了基于专家知识的智能故障诊断方法。通过监视设备的运行健康状态,对设备健康状态进行评估,逐步提高维护领域的自动化程度。在水利枢纽泄洪闸门综合集成自动化系统中维护的自动化是通过建立专家知识库,实现故障诊断推理、维修决策、维修方案和指导意见的自动化而实现的。技术管理自动化的实施目标是为控制自动化和维护自动化服务提供技术支持,保证三者能够有效协调地进行信息交互。通过对泄洪闸门综合集成自动化系统的财务、物资、仓储、材料、设备的计算机化管理,提高系统的维护管理自动化水平。为了提高检修管理工作的效率,保证各种检修策略的顺利实施,本章研究了建立水利枢纽综合集成自动化系统,乃至电力企业建立计算机化检修技术管理信息系统(TMIS)的必要性和可行性。提出结合电厂管理信息化的建设,建立TMIS是推行状态检修的基础性工作。此外,还给出了电力企业TMIS的主要框架和需要实现的功能设计。并且为了保证收集全面的设备检修管理信息和促使检修信息管理工作的规范化、标准化,建立了统一的设备检修管理过程信息模型。在详细阐述虚拟现实和知识发现这些新技术的基础上,建立了一种新型的、交互式的知识获取机制和状态监测系统,即基于虚拟现实和可视化技术的水利枢纽泄洪闸门知识发现和状态监测系统。为水利枢纽泄洪闸门控制、维护和技术管理进行系统集成提供了信息支持平台。通过建立泄洪闸门液压系统的可视化仿真模型,分析其运动特性,掌握其运行原理,进行特性分析,并结合专家知识,形成知识库。<WP=6>而且,设备模型的可视化建模促进设备技术资料向电子化和模型化转变,提高其为水利枢纽泄洪闸门系统的可利用性。最后,全面系统地总结了本文的工作和研究成果,并提出有待改进的地方和需进一步开展的工作。

水利枢纽闸门综合集成自动化研究与实践

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