律明旸

摘要：在現(xiàn)場控制儀表的過程控制系統(tǒng)中常規(guī)控制回路是基礎，回路間相互耦合，如果控制回路中某一局出現(xiàn)故障，例如閥門故障，那么將會影響整個控制回路性能，嚴重時會使控制系統(tǒng)癱瘓。在這一基礎上，對控制回路中的故障進行有效、快速解決，可使控制系統(tǒng)性能提升。但對連續(xù)作業(yè)系統(tǒng)而言，維系和更換系統(tǒng)設備將會對生產產生影響，這就需要運用控制補償思想進行系統(tǒng)容錯控制，保證控制系統(tǒng)可以正產工作。

關鍵詞：現(xiàn)場控制儀表;故障診斷;補償容錯;控制系統(tǒng)

常規(guī)控制回路在過程控制系統(tǒng)基礎層中的占比達到90%，回路間呈現(xiàn)出關聯(lián)耦合的關系，其中一局部如果有控制回路故障存在，會使控制回路出現(xiàn)波動情況，使其性能退化，基于回路關聯(lián)傳遞機制，將故障傳播至有關回路，也會使其性能退化，導致廠及控制系統(tǒng)有波動情況出現(xiàn)，降低產品質量，增加能耗，嚴重時會使廠級控制系統(tǒng)癱瘓，最終發(fā)生安全事故。這就需要現(xiàn)場工程師分析故障現(xiàn)象，由此對控制回路進行精準定位，采取合理維護手段，消除故障，工業(yè)控制系統(tǒng)朝著正常狀態(tài)發(fā)展。從而可知，解決廠級范圍的控制回路退化問題時，需要回路準確定位。面對連續(xù)流程的工業(yè)生產線時通常是一年進行一次大修，進而很難及時維修、更換性能衰退或出現(xiàn)故障的設備，應基于控制補償角度有效進行主動容錯控制法制定，維持控制回路性能處于正常狀態(tài)。

一、現(xiàn)場控制儀表故障診斷

應用計算機控制系統(tǒng)是當前大多數(shù)工業(yè)過程的選擇，主要是因為計算機有著水平較高的控制可靠性，但是這一過程中會伴隨著傳感器、執(zhí)行器沒有足夠可靠性的問題。事實上，在傳感器以及執(zhí)行器故障影響下，控制系統(tǒng)會出現(xiàn)失效問題，根據(jù)統(tǒng)計可知，80%控制系統(tǒng)失效是因為傳感器以及執(zhí)行器存在故障?；趥鹘y(tǒng)控制理論可知，其假設執(zhí)行器、傳感器有著正常狀態(tài)，使得檢測執(zhí)行器、傳感器故障、容錯控制等問題的理論價值及應用價值較高。另外，現(xiàn)階段會應用“二狀態(tài)故障模型”來研究故障容錯的控制形式。盡管該描述能夠對故障診斷以及容錯控制進行簡單研究，但是很難將工程系統(tǒng)中出現(xiàn)的故障現(xiàn)象反映出來[1]。因此，這時就應該構建一個可解析實際故障的模型。

（一）傳感器故障

傳感器控制是多輸入、多輸出、非線性的動態(tài)控制，因此容易受到各種因素影響出現(xiàn)故障，本文主要分析的工業(yè)工程中所使用的傳感器，那么在工業(yè)工程中，可以外界因素、傳感器特征為基礎，這就能夠將傳感器故障劃分成兩類，一類是軟故障，另一類是硬故障。傳感器偏差故障、精度下降故障、漂移故障為軟故障表現(xiàn)形式，完全故障即為硬故障的表現(xiàn)。實際工業(yè)工程中軟故障相較于硬故障更容易被檢測，危害性也將隨之增加。

（二）執(zhí)行器故障

執(zhí)行器作為系統(tǒng)控制回路終端，對于控制系統(tǒng)性能有著重要作用。工業(yè)工程中閥門是一種常見執(zhí)行器，如果沒有合理使用閥門，或是閥門存在故障，將會阻礙工業(yè)生產工作的開展，甚至會出現(xiàn)安全事故。此外，控制系統(tǒng)中許多重要部門閥門價格貴，更換起來也比較麻煩，因此需要注重故障診斷與分析工作開展。閥門組成部分主要有閥門定位器、調節(jié)機構以及執(zhí)行機構?？刂破骺蓪⑿盘栞敵?，執(zhí)行機構對閥門推理加以控制，推理力矩將會轉變?yōu)榻俏灰菩盘?對調節(jié)機構加以應用后，位移信號對于流通面積產生影響，這將會改變流體流量。利用閥門定位器能夠優(yōu)化控制系統(tǒng)性能，定位器以及閥桿位移量是可形成控制系統(tǒng)的副回路控制，克服摩擦力。閥門定位器與被控變量可以構成串級控制，結合閥門機構劃分故障類型，可分成一般外部故障以及定位器、執(zhí)行機構、調節(jié)機構等故障。系統(tǒng)壓力井底的情況下，閥門呈現(xiàn)出圖標故障;當閥桿傳感器出現(xiàn)問題，極易產生衰減故障;當閥桿移動范圍超出其正常移動范圍時，就會堵塞閥門，閥門衰減故障很容易發(fā)生。

二、主動補償容錯的控制方法

控制系統(tǒng)通常較為復雜，負反饋控制以及控制回路耦合將會加快控制回路故障的傳播速度，故障對控制系統(tǒng)造成的影響，不會使其出現(xiàn)較大變化，這就很難在線調節(jié)閉環(huán)控制系統(tǒng)故障。現(xiàn)場控制儀表中還有許多可以預見故障及常見故障，根據(jù)這些故障特征構建故障模型，合理進行主動容錯控制，將其保存在系統(tǒng)容錯控制庫之中。系統(tǒng)可根據(jù)故障模塊做出診斷，由此判斷故障位置，同時做好故障隔離工作，這一方法在控制儀表主動容錯控制方面應用的范圍較廣。在這一基礎上，構建以故障檢測為基礎的故障診斷以及主動補償容錯控制法，基礎閉環(huán)控制、診斷故障、補償容錯、人機監(jiān)督管理等是其中重點內容?；A閉環(huán)控制構成的部件主要有有控制器、執(zhí)行器、信號轉換、傳感器，計算機控制系統(tǒng)、集散控制系統(tǒng)是比較常見的基礎閉環(huán)控制系統(tǒng)。常規(guī)控制回路在工業(yè)控制中有著比較大的占比，當回路控制出現(xiàn)故障時，因為回路間耦合關聯(lián)，會對整個系統(tǒng)造成影響。基礎閉環(huán)控制可使工況更穩(wěn)定，并且會對故障診斷以及實施容錯控制策略產生影響。

結束語

過程控制系統(tǒng)和復雜程度提高，使得控制系統(tǒng)中故障診斷以及容錯控制成為重要組成部分，其能夠實現(xiàn)工作檢測、診斷故障、主動補償容錯。因此需要結合過程控制系統(tǒng)特點及現(xiàn)狀，構建多種執(zhí)行器與傳感器故障描述形式，保證與工業(yè)情況相符，并基于此制定合理的容錯控制方法。

參考文獻：

[1]楊澤斌，王丁，孫曉東，孫超，吳家杰.無軸承異步電機傳感器故障容錯控制[J].儀器儀表學報，2021，42（05）：99-109.

[2]李明.基于數(shù)據(jù)驅動的調節(jié)閥故障診斷與容錯控制方法研究[D].中國計量大學，2019.