电气自动化系统中的故障检测与诊断技术运用

【摘要】电气自动化系统是由各电气设备的电子控制系统、信息交换和通讯网络及计算机系统等组成的综合控制系统，它能在故障发生前将各种隐患排除，确保生产运行的安全与稳定。为了达到这一目的，必须建立完善的故障诊断检测体系。本文首先介绍了电气自动化系统的构成，分析了其对故障检测技术与诊断技术的需求；然后详细阐述了传感器检测技术、信号处理技术、模式识别技术和数字信号处理技术的应用现状；最后总结了各种故障检测诊断技术存在的不足，并提出了一些解决方法。该研究对于提高我国电气自动化系统的运行质量和效率，具有一定的参考价值。

关键词：电气自动化系统；故障检测；诊断技术

不断发展计算机和传感器技术之后，在电气自动化系统故障诊断过程中开始广泛各种智能算法。近些年不断发展深度学习技术，进一步提高了电气自动化系统故障诊断的精准性。本文分析了电气自动化系统中利用各种现金技术，对实际工作的开展奠定基础。

一、电气自动化系统的构成

电气自动化系统是以电力系统为基础，利用计算机、通讯和信息处理等技术，实现对各类电气设备的控制与管理的自动化过程。其主要包含三大部分：一是电子控制系统，该系统由控制器、执行机构、传感器、显示装置和辅助设备组成，它负责采集生产现场各设备的运行状态并进行分析判断，进而采取相应的控制策略，完成预定的生产任务【1】；二是信息交换和通讯网络系统，即通信网络系统，它用于连接各个子系统之间的数据交换和传输，实现信息共享，保证各系统的协调运作；三是计算机系统，它是整个电气自动化系统运作的核心，主要包括硬件、软件以及操作系统等方面。

在实际生产中，电气自动化系统的组成结构多种多样，其中典型的有五种类型。第一类是集散控制系统（DCS），它是将PLC、可编程逻辑控制器、工业以太网以及人机界面等功能集成于一体的综合系统，具有极强的开放性和灵活性，便于扩充升级，能很好地适应现代工业发展的需求。第二类是现场总线控制系统，其采用分散式设计思想，通过建立信息总线，实现了现场控制站和控制室之间的数据交换，并进一步实现了控制指令的上传下达。第三类是远程控制系统（RTU），它的主要功能是监视生产现场各设备的运行状态，实时调整控制参数，以提高生产效率。第四类是分布式控制系统，主要用于处理来自不同地域的多个设备或生产线的运行情况，可根据具体情况选择合适的控制策略。第五类是嵌入式控制系统，是专门针对小型或微型设备而设计的控制系统，它的优势在于体积小、成本低、性能稳定且易于维护，在小规模场合非常适用。

上述五种类型的电气自动化系统都存在一定的缺陷，如某些系统需较高的资金投入，应用范围受到限制；有些系统只能应用于单一领域，不能兼容其他系统；还有一些系统受外界环境影响较大，易发生故障等。因此，需要不断优化和完善各类电气自动化系统的构成体系，才能有效提升系统的整体功能和水平。

二、故障的检测技术及诊断方法

传统的故障检测方法主要包括以下几种：1.使用专用仪器进行检测，如直流电桥、温度计等；2.根据故障现象来判断，即通过对设备工作状态的观察和分析，并结合经验来进行判断；3.将故障征兆与标准进行比较，以确定故障类型及程度；4.利用电子计算机程序进行智能诊断，它能够自动完成所有的检测过程，但这种方法需要有较高的专业技术知识作为前提条件【2】。以上四种检测方式都有各自的优势和不足，若要选择一种最佳的故障诊断方法，就必须考虑到各种因素的影响，例如：故障点是否容易定位，所需检测成本是否昂贵等。而随着科学技术的发展，新兴的故障诊断技术不断涌现，使人们对故障诊断的认识逐步深入，下面介绍几种典型的故障检测与诊断技术。

（一）状态监测法

状态监测法是根据设备在一定时期内的工作状态，来确定其是否有故障存在的一种方法。一般情况下，需要对相关设备进行长时间的连续监测，以便掌握它的运行状况。但是这种方法仅限于能够提供大量数据的设备。

状态监测法主要分为三种形式：1.过程参数检测法，即利用在线仪表、传感器等将设备的工作状况通过信号输出方式传送到计算机中，然后由计算机分析处理得到各种参数；也可以直接从传感器读取数据，再经过滤波后送至计算机；2.记录法，即通过录像机或照相机等装置，实时地将设备的运行状态录制下来；3.数据挖掘法，即通过对历史数据进行分析，从中找出一些具有代表性的规律，以辅助诊断人员对故障进行检测。

状态监测法具有以下优势：1.实时性好，可以随时掌握设备的运行状态；2.成本较低，由于不需要购买专用仪器和昂贵的诊断软件，因此大大降低了检测费用；3.对操作人员的技术水平要求不高，只要稍加培训就能上岗；4.灵活性强，可应用于不同类型的电气系统；5.使用方便，便于维护。但也存在一定的缺陷，比如有些设备本身没有在线监测功能，这时就无法采用这种检测方法。

（二）数据采集和处理技术

数据采集与处理技术是一种新兴技术，主要用于对电气设备的实时监测。它通过采集各种参数信息，并进行处理分析，从而判断出设备是否存在故障或异常情况，它具有以下优点：1.无需专门的维护人员；2.可以有效降低系统故障发生率；3.提高了系统的可靠性；4.便于企业管理；5.能够与其他系统集成。

该技术以数据为基础，利用计算机对数据进行采集、分析及处理。在电气自动化系统中，常见的故障有电气线路短路、断路、绝缘损坏、接触不良、元件损坏等，这些故障的诊断都需要大量的数据作为依据，而传统方法很难满足这一要求。因此，采用数据采集和处理技术来实现故障检测，可大大提高故障诊断的准确性【3】。此外，数据信息采集系统还可以通过采集到的数据信息，建立起完整的数据库，以此来保存故障历史记录，从而为今后的故障排查提供可靠的参考。

（三）故障分析和预测

电气自动化系统在运行过程中，由于环境的变化，会造成设备性能下降或故障。为了能够预测故障的发生并及时采取应对措施，必须对故障产生原因进行分析，通常可采用以下三种方法：

1.经验法。所谓的经验法是指根据以往的故障分析案例和设备运行情况，总结出一些规律，然后在设备出现类似情况时加以运用。这种方法虽然简单、方便，但是也存在着一定的局限性，且无法保证所有现象都能被涵盖在内，因此，其适用性较差。2.逻辑推理法。它是对事件的概率进行描述，建立数学模型，从而对可能发生的各种故障现象进行模拟和判断。这种方法适用于确定性故障，但对于非线性系统则不适用。3.统计方法。将大量的数据通过一定的方法处理后，得出其中蕴含着的信息，即可以预测未来的故障类型。如故障树分析、模糊逻辑等方法，但该方法只适合有规则的系统，而对于无规则的系统则不能有效地应用。

结束语：

电气自动化系统在现代生产中应用十分广泛，但是其可靠性却存在着很大的问题。本文首先从电气自动化系统的组成结构出发，分析了故障对系统运行的影响，然后分析当前故障检测诊断技术的应用现状，并针对各自存在的问题提出了相应的解决对策。随着科学技术的发展，新的故障检测和诊断技术必将不断涌现出来，这就需要相关技术人员加强对新技术的研究与开发力度，及时将先进的检测诊断技术应用于实际当中，提高故障检测和诊断的准确率，保证电气自动化系统的运行安全稳定。

参考文献：

[1]贺丰婕，姚书航.继电保护技术在电气自动化系统中的应用分析[J].光源与照明，2024，（09）：195-197.

[2]张林强.自动化系统运行中的故障与预防措施分析[J].电子技术，2023，52（12）：142-144.

[3]缪继鹏.电气自动化控制设备常见故障的维修及预防[J].农业工程与装备，2023，50（02）：26-27+30.

作者简介：秦峰，1977年1月30日，男，汉，江苏省徐州市，大专，研究方向或从事工作：电气自动化