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摘要：本文尝试通过对相关文献提出的方法在不同层面上进行分类和总结，揭示出核电站领域故障检测的特点，并描绘出近年来核电站故障检测技术的发展轨迹，期望能够为未来技术的进展提供一些参考。本文认为，核电站故障检测技术的发展反映了计算机，尤其是人工智能和数据挖掘领域的最新成果，在未来，新的故障检测技术主要关注的方面包括模糊信息处理和知识自主获取。
关键词：故障检测；核电站；专家系统；人工智能
1介绍
工业过程控制系统重要目标之一是安全、可靠和经济的运行，而在核电站尤其重要，微小的错误可能导致巨大的经济损失，甚至社会问题。借助计算机化的操作员辅助系统（COSS）是提高安全性的手段之一。目前投入使用的操作员辅助系统基本分为：堆芯检测系统、警报分析系统、安全参数显示系统和计算机化的应急操作规程系统。这些系统的目标都是给操作员提供有用信息，而诊断过程故障的任务依然必须由操作员依靠专业知识来实现。今天，核工业利用基于计算机技术的故障检测方法来及时发现错误，以避免灾难性的后果。
2计算技术的分类
2.1计算模型的分类
故障检测系统通常使用两种计算模型：专家系统和人工神经网络。混合这两种计算模型的系统也比较流行。
2.1.1专家系统
故障诊断专家系统的功能是根据测量的信息和计算机化的诊断知识，自动完成系统故障的定位和分析。因此，一个诊断问题可以描述为：
D={M，F，K，O}
其中，M为所有可能的症状的集合，F为已知的系统可能发生的故障集合，K即是知识，表示症状与故障之间的映射关系，最后，O表示当前检测到的症状的集合。那一个诊断行为D则是利用所有知识将O匹配K的条件部分的过程，其中，只是K的构建和表示是十分重要的要素。
2.1.2人工神经网络（ANN）
故障诊断的本质是一种分类的过程，因此，具有分类功能的人工神经网络（ANN）都可以应用于故障诊断。使用ANN进行故障诊断，首先要对其进行训练，使它能够识别哪些系统状态是故障状态，即用故障特征数据训练网络，使ANN能够正确记忆特征数据相应的故障特征。实际应用ANN时，就可以根据现场实测信息识别出系统当前状态。
2.1.3模糊逻辑
与人工神经网络一样，模糊逻辑也是一种广泛应用的故障诊断技术。模糊推理技术能够很便捷地把输入空间映射到输出空间。
2.1.4数值模拟
数值模拟的目标在于解决状态变量值。数值方法的优势在于其宽泛的应用，无论多复杂的方程，数值方法都可以得到近似值解。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆然而，对于不怎么复杂的方程，其他的解法也可以得到精度足够的解。
核电站的操作员需要监视系统各种状态变化，并且确认所有的操作。在故障发生时候，操作员需要马上就发现并识别故障所在，接着做出正确的应对策略。这些应对策略是由规范化手册提供的，每一种事件都有相应的操作员应对操作。而这些规范化的应对策略主要是依据对以往经验的数值模拟结果。
2.2编程语言的分类
一般来说，故障检测系统有两类主要的编程语言：传统的编程语言，比如Fortran和C；另外一类是人工智能语言（AI Languages），比如LISP和PROLOG。
2.3 模拟仿真
一些实时模拟仿真程序可以帮助发现核电站发生不确定或者不可监测状态，同时评估不同的应对策略。实时的计算机模拟仿真能够自动地监测、分析和控制核电站操作规程。数值模拟能够脱机地监测和分析一个故障检测系统的效率和能力。而实时模拟仿真系统能够模拟各种核电站暂态，比如启动、关闭和故障态，从而强化操作员在这些暂态的操作技能。
3方法的分类
3.1符号推理
专家系统发展出的符号推理系统常常与人类的推理联系在一起。当然，专家系统也处理数值信息，例如专家系统的输入可能是核电站参数的波动。
3.2事件驱动
事件驱动的方法是显式地表示系统征兆和部件错误之间的关系，并且利用这种关系来检测核电站中故障的发生。这种方法的核心是在知识库中征兆和故障显式关联，如果某一种故障没有出现在知识库中，那么永远不会监测到。
3.3功能驱动
在故障诊断系统中使用功能驱动的方法，其思想是：核电站的所有部件都是在一定的热压条件下执行特定功能的，当某一部件出现故障时，必然部分或者是完全丧失其功能，功能驱动的方法尝试利用监测其执行功能的完整性来判断故障所在。功能驱动故障诊断的优势在于，核电站的某个特定部件一定只是执行某些特定功能，比如，泵，阀门和热交换器等，对所有部件的枚举是很方便的。功能驱动的故障诊断系统能够监测未知的暂态过渡，甚至能够独立于核电站监测某一特定部件。
4分析
在计算模型的分类中，除去模糊逻辑之外，所有的计算模型都同时拥有优点和限制。人工神经网络（ANN）的优势很明显，但是其最大的缺点在于网络的训练开销。数值模拟的故障检测效率被4种因素所影响：测量数据的噪声，模型构建，参数和实时要求。模糊逻辑推理技术有很大的优势，因为模糊逻辑能够处理不确定的测量数值和系统过程状态信息。在ANN故障检测系统中，规则的条件部分必须要被满足，此规则才能被激活，被引用。模糊逻辑推理技术通常能够基于不完整或者不确定的条件满足策略。模糊逻辑技术能够完全地将系统的数值信息映射到模糊语言，所有的系统状态将由语言表示出来，这十分有利于操作员直接地了解系统状态。而在非模糊逻辑的规则下，系统数值通常在映射到语言输入时，会丧失一部分的准确性。
5总结
本文认为现在的核电站故障检测系统并不存在一个绝对有效的解决方案，所有这些方案使用的技术都受计算机科学和过程控制的影响，从而产生了许多不同的方法和途径来解决核电站故障的监测和定位。新型的反应堆类型设计已经改进了控制室的设计并增强了对操作员的辅助能力。故障诊断作为辅助操作的一项内容，已经逐渐成为控制室系统中必不可少的一部分，为辅助操作员在核电站不同操作情况下进行决策。未来核电站故障检测系统的开发必然会更紧密地利用计算机科学，尤其是人工智能领域的最新成果，它最终将成为核电站控制中非常重要的辅助手段。
参考文献
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论文作者:张磊
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第34期
论文发表时间:2019/4/10
标签：核电站论文; 故障论文; 操作员论文; 系统论文; 数值论文; 专家系统论文; 故障诊断论文; 《建筑学研究前沿》2018年第34期论文;