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1、第9章,9.1 控制设备内部故障 9.1.1 故障诊断(FDD，Fault Detection and Diagnosis)的任务与方法 9.1.2 控制设备故障 9.2 其他故障 9.2.1 传感器的选型与安装位置引起的故障 9.2.2 执行器故障 9.3 计算机控制网络的故障 9.3.1 故障种类及预防,9.3.2 故障诊断 9.4 冷热源设备电气部分故障 9.4.1 锅炉系统应用的电气与控制设备故障 9.4.2 冷水机组所应用的电气与控制设备故障 9.4.3 电气与控制设备故障案例分析,9.1.1 故障诊断(FDD，Fault Detection and Diagnosis)的任务与方法
2、,1.故障诊断的任务 2.故障诊断方法,1.故障诊断的任务,(1)故障检测 从可测或不可测的估计变量中，判断运行的系统是否发生故障，一旦系统发生意外变化，应发出报警。 (2)故障的诊断 如果系统发生了故障，给出故障源的位置，区别产生故障的设备。 (3)故障修复 判断故障的严重程度及对系统的影响和发展趋势，针对不同情况采取不同措施，其中包括保护系统的启动。,2.故障诊断方法,(1)按诊断故障的设备分类 (2)按依据的理论分类 目前，故障诊断所依据的理论一般是指基于解析冗余的故障诊断技术，按“解析冗余”的理论分类，所采用的故障诊断方法有硬件冗余法和软件冗余法两种。,(1)按诊断故障的设备分类,1)
3、以检测仪表为主体的监视装置。 2)检测仪表配备软硬件分析装置。 3)计算机辅助监视与诊断系统。,(2)按依据的理论分类,1)硬件冗余法。 2)软件冗余法。 基于知识的方法。所谓“知识”，即专家的操作经验，以专家和操作者的先验知识为核心，通过推理获取故障诊断结构，形成故障-征兆模式集合，使之能对某一给定的征兆产生的原因做出解释，并给出因果关系成立程度的数值性关系，构成知识库。在工程实践中，系统或对象的精确数学模型往往无法得到，而基于知识的FDD方法恰恰不需要精确的数学模型，因而得到了高度重视，其中基于症状的方法相对成熟并得到了较多成功的应用。基于定性模型的方法近年来在欧洲得到了迅猛发展。,基于解
4、析模型的方法。对于没有运行操作及维修经验的新系统，系统先验知识难以获取。另外，专家的知识也有局限性，如对于源于计算机软件的故障、对室内环境(如室温等)无立即或直接影响的元器件故障等，专家的先验知识就难以作出判断，这些因素造成诊断知识库不完备。当遇到一个没有相关规则与之对应的新故障时，基于知识的方法就会显得无能为力，而基于解析模型的方法因其简单，是发展最早、研究最多的一种故障诊断方法。这种方法的原理是将被诊断过程的可测信息与由系统动态模型计算得到的信息进行比较，产生残差，并对残差进行分析处理而得到故障的信息。该方法的优点是能深入系统本质的动态性质和实时诊断，且方法简单。其缺点是通常难以获得系统模
5、型，由于建模误差、扰动及噪声的存在，使得鲁棒性问题日益突出。,基于信号处理的办法。基于信号的故障诊断是直接利用信号模型，如相关函数、高阶统计量、频谱、自回归滑动平均、小波技术等，提取幅值、相位、频谱等特征值，可用这些特征值分析、判断和处理故障。例如，基于小波变换的故障诊断方法是一种新的信号处理方法，是一种时间-尺度分析方法，具有多分辨率分析的特点。连续小波变换可区分信号突变和噪声，离散小波变换可检测随机信号频率结构的突变。一般来说，有三种基于小波变换的故障诊断方法：利用观测信号的奇异性进行故障诊断；利用观测信号频率结构的变换进行故障诊断；利用脉冲响应函数的小波变换进行故障诊断。小波变换不需要系
6、统的数学模型，对噪声的抑制能力强，有较高的灵敏度，运算量也不大，是一种很有前途的故障诊断方法。,图9-1 故障诊断方法,图9-2 基于模型的故障诊断框图,图9-3 基于BAS的空调系统过程监控与故障处理,9.1.2 控制设备故障,1.传感器性能的故障 2.执行器性能的故障,1.传感器性能的故障,(1)偏差故障(Bias) 偏差故障主要是指正确测量值与故障测量值相差某一恒定的常数的一类故障，如图9-4a所示。 (2)漂移故障(Drifting) 漂移故障是指故障大小随时间发生变化的一类故障，如图9-4b所示。 (3)精度等级下降(Precision Degradation) 偏差故障与漂移故障是
7、正确测量值与故障测量值出现了偏差，如果用该类传感器对同一量多次测量时，其测量的平均值也就存在着偏差。 (4)完全失效故障(Complete Failure) 完全失效故障是指测量信号不随实际信号变化而变化，始终保持零(没有信号)、某一恒定值或者最大值。,图9-4 传感器故障类型 a)偏差故障 b)漂移故障 c)精度等级下降 d)完全失效故障,2.执行器性能的故障,1)反馈与指令间偏差过大。 2)执行器恒偏差；执行器输出出现突变型或缓变型偏差；增益逐渐衰减；恒增益。 3)执行机构卡死或调节阀心脱落。 4)执行器振荡故障或粘滞效应等。,9.2.1 传感器的选型与安装位置引起的故障,1.传感器的性能
8、指标不满足监控要求 2.传感器的安装位置 3.压差开关 4.水流开关,1.传感器的性能指标不满足监控要求,(1)传感器的精确度 在多台冷冻机的冷源系统中，冷冻机的运行台数是根据用户侧实际负荷来进行控制的，故而实际冷量的测量的准确性非常重要。 (2)传感器时间常数过大 以温度传感器为例，由于传感器时间常数过大(热惯性大)使其反映的温度值与真实值有差异。,2.传感器的安装位置,(1)流量传感器的安装 (2)温度传感器的安装 温度传感器不能安装在有局部冷热源的地点及气流死区。,(1)流量传感器的安装,1)流量传感器前后所要求的水平管道距离应满足所选的产品要求。 2)安装位置能正确反映被测量。,3.压
9、差开关,(1)风压差开关 风压差开关在空调机组中用于过滤器阻塞状况和风机运行状态的检测，在工程中用得很普遍，而对于其量程的合理选择、正确的安装及报警值的合理设定是等方面认识不足，造成风压差开关的工作状况不理想。 (2)水静压差传感器的安装 具有一级泵的变水量冷机水系统中，当用户侧水流量变化时，将导致通过制冷机蒸发器的水流量变化，从制冷机安全运行角度则不允许这一流量减少很多，因而在系统中通常设压差旁通管压差控制环节，即在制冷机蒸发器进出口设压差传感器，通过DDC控制安装在旁通管阀上的旁通调节阀开度，达到维持制冷机蒸发器进出口压差在设定值范围内，从而达到维持制冷机蒸发器的水流量不变的目的。,表9-
10、1 过滤器初阻力的规定,图9-5 空气压差开关安装图 1空气压差开关 2导气管 3管道传感器 4、6自攻螺钉 5密封胶 7安装支架,图9-6 压差开关接线图,1)安装位置。 2)辅助阀门。,图9-7 水压差变送器,图9-8 水流开关安装示意图,9.2.2 执行器故障,1.调节阀 2.调节风门,1.调节阀,(1)阀门口径 在国内许多工程中发现设计者在调节阀门的选择中，特别是选择阀门口径时随意性较为严重。 (2)流量特性 调节阀的特性应根据使用场合来选择。 (3)阀权度 设计时要使阀的阀权度有足够的数值。 (4)辅助阀门 空调机组中设置冷热水调节阀的应安装相应的辅助阀门，如图9-9所示。,(4)辅
11、助阀门,1)可保证机组在自控系统未投入使用前进行手动操作，以便使风、水、电系统可进行调试及试运行。 2)便于检修。,图9-9 调节阀配管图,2.调节风门,(1)新风量的控制 在空调系统中，新回风管均设有电动风阀，根据季节对其进行不同方式的控制，以达到舒适度和节能的要求。 (2)风阀流量特性 常用的风阀有对开型和顺开百叶型，对开型风阀的特性类似等百分比阀，顺开百叶型风阀近似线性特性阀。 (3)执行机构的选择 根据风阀尺寸选择合适转矩的风门执行机构，执行器通常按照其转矩1Nm控制0.2m2风阀面积计算。,9.3.1 故障种类及预防,(1)任何断电、电源冲击和电源失效 由于在同一供电电网中的负载的变
12、化，电容性负载和电感性负载的突然接入和切除，均会造成网络电压的波动和冲击；有时由于网络局部故障或其他原因还会造成短时停电，一旦电源供电恢复正常，则控制系统的工作应能正常运行，这是一种可恢复的故障。 (2)外围设备失效 其失效虽然一般不会引起系统停止工作，但也可能引起其他严重问题。 (3)网络或机内通信失效 有些通信错误会带来终端线路停止工作。,(4)软件失效 软件失效是指软件在运行中出现了为设计要求不可接受的偏离或缺陷,或者计算机病毒干扰,导致系统的紊乱或瘫痪等严重后果。 (5)环境影响 如空调失效、电磁干扰、温湿度等环境因素都能导致计算机工作失效。 (6)人为错误 如操作人员对特殊的错误反映
13、会引起错误操作,会导致系统失效或损坏。,1)利用交流稳压电源供电。 2)采用不间断供电电源UPS。 3)在计算机硬件方面采用内存掉电保护电路等。,(5)环境影响,1)在电源系统抑制干扰。 2)模拟量输入通道干扰的抑制。,9.3.2 故障诊断,图9-10 故障管理流程图,9.4.1 锅炉系统应用的电气与控制设备故障,1.燃油锅炉常见电气设备问题和故障的分析与解决方法 2.锅炉燃烧器常见电气设备问题和故障的分析与解决方法,1.燃油锅炉常见电气设备问题和故障的分析与解决方法,1)接通总电源开关后，控制红灯不亮，炉头红灯不亮，炉头无任何操作迹象无电源供应至炉头。 2)接通电源后，炉头电动机能动，稍后故
14、障红灯亮起。 3)接通电源后，炉头电动机能动，吹风程序过后，无油雾从喷嘴喷出，稍后炉头停止所有操作，亮起故障红灯。 4)接通电源后，炉头电动机转动，吹风程序过后，油雾从喷嘴喷出，但不能被点燃，稍后炉头停止操作，故障红灯亮起。 5)时间控制器停止不动。 6)燃油加热太慢或根本没被加热。,2.锅炉燃烧器常见电气设备问题和故障的分析与解决方法,1)燃烧器不起动。 2)燃烧器起动点火电极间有火花并喷油，但无火焰出现(故障红灯亮)。 3)燃烧器起动有点火火花，但不喷油(故障红灯亮)。 4)燃烧器点燃约几秒后又自动熄灭(故障红灯亮)。 5)当燃油达到最低预热温度时，燃烧器不起动。,9.4.2 冷水机组所应
15、用的电气与控制设备故障,1.故障诊断和排除的一般方法 2.活塞式冷水机组 3.螺杆式冷水机组常见电气故障分析 4.离心式压缩机 5.氨活塞式压缩机,1.故障诊断和排除的一般方法,(1)故障检测 用万用表、示波器或专用仪器遵循一定的方法，如框图分析法、故障树法、模糊诊断法等，对照技术规范，测试系统的实际功能，以获得故障尽可能多的信息，精确确定是某种故障而非误操作造成的或是一种误解。 (2)故障定位 根据故障症状及系统工作原理分析、搜索故障的起因，即首先确定哪个子系统出了问题，再确定子系统中哪个模块出了故障，最后确定模块中损坏的元件。 (3)故障修复 即更换修复故障元件，然后测试整个系统功能。,2
16、.活塞式冷水机组,(1)压缩机不运转 (2)压缩机停机 (3)压缩机不卸载 故障原因一般为卸载线圈烧毁，可通过更换卸载线圈加以解决。 (4)压缩机不上载 故障原因一般为电磁阀接错线，可通过调整正确接法加以解决。 (5)机组连续工作不停机 故障原因一般为控制电器失灵(温控器、交流接触器等)，可通过检修或更换加以解决。,(1)压缩机不运转,1)电源开路，电源断路器跳闸。 2)控制电路断路器开路。 3)冷却水循环泵不运转。 4)线电压低。 5)压缩机热保护器开路。 6)压缩机电动机故障。,(2)压缩机停机,1)低压控制器动作(吸气压力过低等原因)。 2)高压控制器动作(排气压力超高等原因)。 3)油压过低，油压控制器动作。 4)热保护器动作起跳。,3.螺杆式冷水机组常见电气故障分析,(1)螺杆式冷水机组起动困难或不能起动 (2)压缩机无故停机 (3)能量调节装置不动作或不灵活 故障原因一般为：故障原因包括油压不足，指示器失灵，油路不能，油活塞和滑阀卡住或漏油，以及控制回路有故障等。,(1)螺杆式冷水机组起动困难或不能起动,1)油加热器不工作，油加热器故障或供油保护温控器故
