隋濤

摘要：采用故障樹分析法對(duì)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(shí)現(xiàn)及時(shí)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(chǎng)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(shí)時(shí)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(jiǎn)單易懂便于維修人員直觀清楚的了解各個(gè)事件之間的聯(lián)系，及時(shí)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(jiǎn)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(duì)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(diǎn)燒損等原因會(huì)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(shí)會(huì)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(hào)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(shí)時(shí)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(cuò)等。

RTU故障樹模型建立及分析

把最不希望即對(duì)系統(tǒng)危害性最大的事件為頂事件。從頂事件往下逐級(jí)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(jì)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(shí)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(gè)簡(jiǎn)單的統(tǒng)計(jì)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(yàn)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(jì)方法得出判斷對(duì)象概率值的過程[4]。

底事件概率值用公式（1）表示

式中：—第個(gè)判斷對(duì)象的統(tǒng)計(jì)概率值，i=1，2…，m；m—判斷對(duì)象數(shù)；—第k個(gè)專家的影響度，1≤≤5；—第k個(gè)專家對(duì)第i個(gè)對(duì)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(jì)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(gè)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(gè)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(gè)底事件均會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)通信故障。系統(tǒng)異常時(shí)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(gè)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(shí)，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(jì)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(duì)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(duì)故障樹進(jìn)行分析。以通信故障為例，證明故障樹分析法對(duì)RTU故障診斷的可行性。對(duì)提高智能路燈照明系統(tǒng)的可靠性具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。但文章針對(duì)發(fā)生概率相對(duì)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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