熱工自動(dòng)控制系統(tǒng)故障診斷裝置的探究

摘 要：對(duì)于熱工自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特點(diǎn)主要表現(xiàn)為可修復(fù)性。在系統(tǒng)修復(fù)過程中，需要花費(fèi)大量時(shí)間的主要是對(duì)系統(tǒng)能力的檢查及故障原因的分析。同時(shí)，經(jīng)常發(fā)生故障的部位還包括基于控制系統(tǒng)當(dāng)中的傳感器以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)。本課題筆者重點(diǎn)對(duì)熱工自動(dòng)控制系統(tǒng)故障診斷裝置中的硬件設(shè)計(jì)及軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析，希望以此為該裝置的有效運(yùn)行提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：熱工自動(dòng)控制系統(tǒng)；故障診斷；裝置

中圖分類號(hào)：TK323 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-7712 （2015） 02-0000-01

一、熱工自動(dòng)控制系統(tǒng)故障診斷裝置的硬件設(shè)計(jì)分析

對(duì)于熱工自動(dòng)控制系統(tǒng)故障診斷裝置，其開發(fā)對(duì)現(xiàn)有資源進(jìn)行了充分利用。主要是把電廠DCS作為基礎(chǔ)條件，將局域網(wǎng)作為通信方法，進(jìn)一步完成裝置硬件及軟件方面的開發(fā)工作。該裝置整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要實(shí)現(xiàn)的功能包括：（1）在線監(jiān)測(cè)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì)品質(zhì)進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)一步做出評(píng)價(jià)，比如過渡過程的時(shí)間、靜態(tài)偏差、動(dòng)態(tài)偏差及衰減率等[2]；（2）控制系統(tǒng)閉環(huán)辨識(shí)。系統(tǒng)不講自動(dòng)功能切斷的條件下，閉環(huán)系統(tǒng)自身的定值擾動(dòng)和外界干擾響應(yīng)，對(duì)被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行辨識(shí)，進(jìn)一步完成試驗(yàn)驗(yàn)證；（3）對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行診斷，看其是不是處在最優(yōu)化的整定狀態(tài)，分析原因，并提出有建設(shè)性的意見及解決措施；（4）對(duì)控制系統(tǒng)當(dāng)中的部分重要信號(hào)進(jìn)行判斷，看其是否處于正常工作狀態(tài)，在給出報(bào)警的基礎(chǔ)上，將故障傳感器分離出來；（5）對(duì)控制系統(tǒng)當(dāng)中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行判斷，看其是否處于正常工作狀態(tài)，一旦執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生故障，給出有效的報(bào)警，并提出相關(guān)建議；（6）對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，使故障診斷裝置和電廠DCS之間能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)通信。

該裝置硬件構(gòu)成主要使用兩種方案：其一是，經(jīng)過INICI01模件，從DCS網(wǎng)上將數(shù)據(jù)獲取，然后送至上位計(jì)算機(jī)當(dāng)中，再由上位機(jī)完成各項(xiàng)工作，包括數(shù)據(jù)的采集、儲(chǔ)存及分析等。其一是，經(jīng)過INICI01模件，從DCS網(wǎng)上將數(shù)據(jù)獲取，然后利用網(wǎng)關(guān)計(jì)算機(jī)傳輸至電廠管理信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫當(dāng)中，再通過MIS數(shù)據(jù)庫將數(shù)據(jù)提取出來，然后應(yīng)用到故障的診斷工作當(dāng)中。

二、熱工自動(dòng)控制系統(tǒng)故障診斷裝置的軟件設(shè)計(jì)分析

（一）整體設(shè)計(jì)。對(duì)于熱工控制系統(tǒng)故障診斷裝置，其軟件大致上可劃分為四個(gè)部分，即為：（1）數(shù)據(jù)采集模塊。實(shí)現(xiàn)從電廠DCS當(dāng)中將故障診斷所需要的數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取。在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集過程中，將采集而來的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)往本地的Access數(shù)據(jù)庫當(dāng)中存放，以此為歷史分析模塊提供應(yīng)用。同時(shí)，將數(shù)據(jù)輸入進(jìn)共享內(nèi)存當(dāng)中，以此為圖形顯示模塊及在線診斷模塊提供使用；（2）圖形顯示模塊。將從共享內(nèi)存當(dāng)中得到的數(shù)據(jù)完成各類畫面的顯示。主要的畫面涵蓋了各個(gè)系統(tǒng)的流程圖、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)表格及在線診斷結(jié)果等；（3）在線診斷分析模塊。將共享內(nèi)存獲得的數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，進(jìn)一步完成算法運(yùn)行的診斷及分析；（4）歷史數(shù)據(jù)分析模塊。以訪問本地保存的歷史數(shù)據(jù)庫為依據(jù)，完成歷史趨勢(shì)顯示及歷史數(shù)據(jù)查詢等工作，同時(shí)通過多類分析工具，進(jìn)一步對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行離線分析。

（二）軟件編程及開發(fā)。利用Visual C++完成軟件界面及數(shù)據(jù)庫操作的編程，并完成軟件整體架構(gòu)的編程工作。通過對(duì)MatLab的優(yōu)化計(jì)算功能，完成對(duì)在線計(jì)算部分的編程，進(jìn)一步以Visual C++、MatLab的接口技術(shù)為依據(jù)，把MatLab編制的在線計(jì)算模塊向Visual C++編制的主程序進(jìn)行無縫連接。將兩種開發(fā)工具進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，便使軟件開發(fā)更具快捷性及高效性。

對(duì)于軟件編程，主要體現(xiàn)對(duì)三個(gè)子程序的編程。其一是數(shù)據(jù)采集子程序；其二是圖形顯示模塊及在線診斷分析子程序；其三為歷史數(shù)據(jù)分析子程序。當(dāng)中，屬于軟件核心部分的是圖形顯示模塊與在線分析程序。當(dāng)然，數(shù)據(jù)采集程序?qū)儆谡麄€(gè)軟件的后臺(tái)程序，是軟件運(yùn)行的基礎(chǔ)條件。

對(duì)于歷史分析程序來說，能夠同時(shí)將多個(gè)歷史數(shù)據(jù)庫打開，然后進(jìn)行對(duì)比分析。該程序提供了有效的離線分析功能，可以對(duì)隨意一段歷史的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分析。并且，利用對(duì)日志文件的管理，能夠?qū)﹄S意一段歷史各項(xiàng)實(shí)現(xiàn)在線計(jì)算及分析。

對(duì)于數(shù)據(jù)采集程序，可以從DCS當(dāng)中直接實(shí)現(xiàn)采集，又可以從MIS當(dāng)中完成數(shù)據(jù)采集，將數(shù)據(jù)采取部分當(dāng)作一個(gè)獨(dú)立的程序進(jìn)行處理，將DCS與MIS這兩種數(shù)據(jù)源，以分別的形式編制出了兩個(gè)數(shù)據(jù)采集模塊。數(shù)據(jù)采集程序主要實(shí)現(xiàn)的功能體現(xiàn)在三方面：其一為數(shù)據(jù)采集；其二為數(shù)據(jù)庫保存；其三為共享內(nèi)存分配。

另外，對(duì)于主程序的開發(fā)主要體現(xiàn)在顯示畫面、在線診斷分析模塊兩方面上。以在線診斷分析模塊中的傳感器及執(zhí)行器故障診斷模塊為例，其診斷方法具有多樣性，涵蓋了觀測(cè)器方法、審計(jì)網(wǎng)絡(luò)方法及誤差檢測(cè)法等。對(duì)于執(zhí)行機(jī)構(gòu)所存在的幾類典型故障，執(zhí)行器故障診斷編制了相應(yīng)的子程序，進(jìn)一步使診斷算法得到充分實(shí)現(xiàn)。

三、結(jié)束語

將熱工自動(dòng)控制系統(tǒng)故障診斷裝置進(jìn)行充分應(yīng)用，能夠?qū)ψ詣?dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并對(duì)系統(tǒng)品質(zhì)進(jìn)行調(diào)節(jié)；能夠診斷出控制系統(tǒng)是否處在最優(yōu)化的整定狀態(tài)，同時(shí)提出有效的建議及改善措施；也能夠?qū)刂葡到y(tǒng)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)辨識(shí)。充分利用此裝置，能夠使電廠熱工自動(dòng)控制系統(tǒng)的可靠性得到有效提升，并使自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)得到優(yōu)化，進(jìn)一步為電廠的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行起到推波助瀾的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]傅維琪.淺談火電廠熱工控制系統(tǒng)故障診斷規(guī)劃及實(shí)現(xiàn)策略[J].科技資訊，2008（35）：82-85.

[2]余瑞.無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子質(zhì)量，2011（02）：23-25.

[作者簡(jiǎn)介]高東峰（1971-），男，陜西子長(zhǎng)人，工程師，大專，研究方向：電廠熱工自動(dòng)化。