利用故障树分析法建立电气控制系统故障诊断系统

摘 要 在系统设计过程中，通过对可能造成系统故障的各种原因进行分析叫做故障树分析法，由总体至部分按倒立树状逐级细化分析，画出逻辑框图（故障树），以此确定系统故障原因的各种可能组合模式和其发生概率。故障树图是一种逻辑因果关系图，它根据元件状态来显示系统的状态。

关键词 故障树分析法 电气控制系统 故障诊断

中图分类号：TP277 文献标识码：A

1故障树分析法的特点

故障树分析法简称FTA（Failures Tree Analysis）模型是一个根据被诊断对象结构、功能特征的建立的模型，是一种定性的因果模型，顶事件作为系统最不希望发生的事件，中间事件和底事件是可能导致顶事件发生的其它事件，用逻辑门表示事件与事件之间联系，故障树是一种倒树状的结构。反映了特征向量与故障向量（故障原因）之间的全部逻辑关系。

故障树分析法的特点是：

（1）通过定性分析，可帮助弄清系统的故障模式，找出系统的薄弱环节。通过对各种基本事件进行安全控制的优先级别顺序，采取措施以确定各基本事件对故障影响的程度，为制定科学合理的故障树提供了基本依据。

（2）故障树的因果关系直观、清晰。对导致出现故障的各种原因及逻辑关系可以做出全面、形象、简洁的判断，使有关人员了解故障点的出现原因和处理措施。

（3）通过定量分析，再依据各基本事件可能出现的概率，计算出故障发生的概率，为实现系统的最优安全控制目标提供一个具体量的概念，这也有助于其它各项指标的量化处理。

2故障树的生成方法及步骤

近年来相继出现了一些较好的算法和程序，但计算机建树系统仍不完善，对于近年出现的计算机算法所适用范围各有差异，至今未出现比较规范和系统化的算法。本文采用传统的故障树分析法，由于有前期大量工作的基础，对系统设备故障的统计分析，继而采用传统故障树分析方法。

以系统化和规范化的算法作为故障树分析法的出发点，通过提出的在建立在描述元件（部件）故障模型的基础上，基于系统分析利用邻接矩阵确定系统故障树顶部结构。通过子要素级别分析，强连接关系识别和基本子要素的确定，最终自动生成故障树的方法。应用该方法大大增强了故障树的可读性，简化了系统故障树生成的复杂性，为故障树生成节省大量重复劳动，使生成的故障树具有更强的理论依据和可行性。

根据以上特点，故障树分析法可适用于对复杂的动态系统进行可维修性及可靠性分析。图1为一个简单的故障树原理图。图中顶事件：系统故障，由部件A或部件B引发，而部件A的故障又是由两个元件1、2中的一个失效引起，部件B的故障是在两个元件3、4同时失效时发生。

故障树分析诊断法步骤如下：

（1）调查故障的概率。收集故障发生的概率，进行概率统计；

（2）选择合理的顶事件。一般以待诊断故障为顶事件对象；

（3）建造正确合理的故障树。这是诊断的核心与关键；

（4）故障搜寻与诊断。根据建立的故障树，对故障进行搜寻和诊断，搜寻方法有逻辑推理诊断法、最小割集诊断法等。

在建树之前，应该对所分析的系统深入细致地进行了解。因此，需要广泛收集有关系统的设计、设备技术规范、流程图、运行等技术文件和资料，并进行仔细的分析研究具体方法为：

（1）选择和确定顶事件：最不希望发生的系统故障我们确定为顶事件。一般这个事件具有明显地影响系统的正常运行、产生不稳定因素、使技术性能下降等特征。但顶事件必须有明确的定义，而且一定是可以分解的。有时最不希望发生的故障状态不止一个，因而一个系统需要建几棵树，所以一般顶事件并不是唯一的。

（2）自上而下的建造故障树：在确定顶事件之后，将它作为第一行，找出导致顶事件的所有可能的直接原因，作为第一级中间事件，把它们用相应的事件符号表示出来，并用适合于它们之间逻辑关系的逻辑门符号与顶事件相连接，然后逐级向下发展，直到找出引起系统失效的全部原因，作为底事件。这样，就得到了一棵倒置的故障树。

建立故障树应从以下几方面入手：

（1）收集和调查系统事故资料。收集、调查系统的已有故障资料和类似系统的故障资料。

（2）调查分析顶事件发生的原因，从人、机、物、环境和信息等各方面入手，调查和分析影响顶事件发生的所有原因。

（3）熟悉系统。了解系统的构造、操作、性能、工艺和元件之间的关系，及人、硬件、软件、环境的相互协调作用和系统工作原理的等。

（4）确定顶事件。根据对系统已掌握的资料，在分析系统一类危险源的基础上，确定系统事故的类型作为顶事件。