智能防雷控制系统的开发与研究

作     者：程飞 

作者单位：济南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王孝红

授予年度：2011年

学科分类：081405[工学-防灾减灾工程及防护工程] 08[工学] 0837[工学-安全科学与工程] 0835[工学-软件工程] 0802[工学-机械工程] 0814[工学-土木工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：雷电监测 专家系统 主动防雷 相对湿度 雷达反射率因子 

摘      要：目前,随着水利部黄河委员会投入巨资为涵闸安装了计算机远程监控系统,使黄河水资源管理与水量调度更为科学,所以确保该系统平稳运行尤其重要。但由于涵闸所处物理位置的特殊性,地质、气象条件均比较严酷,所以雷暴和各种电磁脉冲侵害的概率相对比较大。涵闸远程监控系统在雷雨季节来临时极易遭到雷击事故,设备损坏严重,造成系统功能局部失效甚至瘫痪,经济损失较大。因此,研究有效防雷方法,保证设备及人身安全及系统平稳运行具有重要的意义。 山东黄河引黄涵闸监控系统现有的防雷器ZYSPD20K,在2003年至2008年间经多次实验该种防雷器在电源感应雷电电压超过1.6kV时才能动作,而后端设备在低于该电压时就已经被击穿损坏,其防雷效果不高,是非智能被动的在线防雷系统,并且具有被动防雷系统滞后性的普遍致命缺点,所以安装此类防雷设备的涵闸监控系统在雷击天气下是非常不安全的。根据以上的综合分析,我们在设计控制系统时应采取主动防雷的设计思想,提高防雷效率。 智能防雷技术采用主动防雷思想,通过使用各种检测手段并借鉴专家系统控制方法实现了防雷控制系统的预见性、主动性、及时性等功能。本文在分析防雷系统特性的基础上,运用专家系统控制方法实现雷电保护的智能控制。采用数据统计和专家思想的方法通过正向推理得到该系统的规则集;采用大气相对湿度和雷达回波强度的统计特性分析实现数据检测;依据济南地区近年的气象资料,得到了大气相对湿度和雷达回波强度之间存在着一元线性关系,采用大气相对湿度反推得到雷达回波强度,而雷达回波强度反应了雷暴气象时雷电的强度,为雷电预测提供了统计依据。雷暴天气另一个直接因素是大气电场强度,在平原地区一般发生负地闪,电场强度的增强有一定的时间累积,根据电场强度的高低设定报警级别,为主动防雷提供了现实依据。此外,通过雷声信号采集、预处理、特征提取,利用BP神经网络识别雷声信号,判别雷暴气象的可能性。最后,利用闪电光信号的相关性分析,并计算闪电光信号的相关系数,同时设定相关系数阈值判定雷暴天气的可能性。还就闪电图像纹理特征分析应用于防雷控制进行了初步探讨。 根据大气相对湿度和雷暴天气的统计关系、雷电电场强度的时间积累性、雷声声音识别和闪电图像处理的原理,我们制定了相应的模糊控制规则,实现了一般雷暴天气的逻辑控制及特殊雷暴天气的单独控制。该系统根据特殊要求进行闸室动力线和信号线的自动投切,并具有手机短信或者电话进行远程控制及系统监控的功能。 采用ABB公司的AC500 PLC作为现场工作站,上位机采用威论触摸屏MT6070IH。采用EB8000软件平台开发了已经用于实际涵闸的实用系统。实际运行表明,该系统安全、可靠,有效实现了涵闸的防雷保护。