一种基于传感器故障诊断技术的联锁报警系统的利记博彩app
【专利摘要】本发明公开了一种基于传感器故障诊断技术的联锁报警系统，包括现场设备层、故障诊断层和联锁报警层，其中，所述现场设备层包括设置于工业对象上的传感器，还包括控制器和执行器，所述传感器的输出端和控制器的第一输入端相连接，控制器的输出端经过执行器对工业对象进行控制；所述故障诊断层包括故障检测模块、故障诊断模块和主动补偿容错控制模块，所述联锁报警层包括生产监控模块和报警处理模块。产品在传感器工作的过程当中就及时诊断出传感器的故障，这样既可以及时联锁报警，同时也降低了技术人员在联锁报警后再去查找、分析传感器故障原因的工作困难，对保证表面活性剂产品质量，降低能耗，防止发生安全事故有着重要的意义。
【专利说明】一种基于传感器故障诊断技术的联锁报警系统
【技术领域】
[0001] 本发明公开了一种基于传感器故障诊断技术的联锁报警系统，涉及控制系统中的 传感器故障诊断【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 化工产品的生产制造是有着相当的危险性的过程，以表面活性剂装置的生产过程 为例，环氧乙烷装卸、储存、进料、磺化反应等工序都具有相当的危险性，操作不当容易造成 事故。必须通过安全有效的控制手段来保证装置的生产安全。现阶段企业普遍采用计算机 来控制系统的报警和联锁，速度及可靠性大大提升，相比而言传感器故障成为了系统启动 报警、联锁的主要诱发因素。以往的联锁报警系统在传感器检测被控参数的过程当中并不 执行任何动作，只有当被控参数达到报警极限时才进行联锁报警，对传感器故障的诊断也 是在事后进行。为维护表面活性剂生产装置控制系统的正常运行，目前联锁报警系统设计 中普遍存在计算机控制的可靠性提高，随之而来的传感器可靠性不足的问题。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的缺陷，提供一种基于传感器故障 诊断技术的联锁报警系统，摒弃以往采用简单的逻辑控制来实现被控参数的超限报警的方 式，采用传感器故障诊断技术，在被控参数超过报警极限之前、传感器出现故障时，就能够 及时分析原因并进行相应补偿容错控制。
[0004] 本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
[0005] -种基于传感器故障诊断技术的联锁报警系统，包括现场设备层、故障诊断层和 联锁报警层，其中，所述现场设备层包括设置于工业对象上的传感器，还包括控制器和执行 器，所述传感器的输出端和控制器的第一输入端相连接，控制器的输出端经过执行器对工 业对象进行控制；
[0006] 所述故障诊断层包括故障检测模块、故障诊断模块和主动补偿容错控制模块，故 障检测模块检测传感器故障是存在，并将故障信号的发送频率和故障数学模型保存至故障 诊断模块中的故障特征库中，故障特征库对故障信号进行匹配诊断，通过主动补偿容错控 制模块中的历史故障补偿容错控制库实现对故障信号的补偿修正，完成对于历史故障的主 动补偿容错控制；
[0007] 所述联锁报警层包括生产监控模块和报警处理模块，当故障诊断模块中当前的故 障信号与故障特征库未能匹配时，判定当前的故障信号为未知故障，连锁报警层启动生产 监控模块监控成产状况或者启动报警处理模块发出报警、紧急切断电源进行联锁。
[0008] 作为本发明的进一步优选方案，基于残差包络轨迹法构建故障检测模块，具体步 骤如下：
[0009] (1)分析传感器输出信号的构成，将传感器故障的数学模型描述为：
【权利要求】
1. 一种基于传感器故障诊断技术的联锁报警系统，其特征在于：包括现场设备层、故 障诊断层和联锁报警层，其中， 所述现场设备层包括设置于工业对象上的传感器，还包括控制器和执行器，所述传感 器的输出端和控制器的第一输入端相连接，控制器的输出端经过执行器对工业对象进行控 制； 所述故障诊断层包括故障检测模块、故障诊断模块和主动补偿容错控制模块，故障检 测模块检测传感器故障是存在，并将故障信号的发送频率和故障数学模型保存至故障诊断 模块中的故障特征库中，故障特征库对故障信号进行匹配诊断，通过主动补偿容错控制模 块中的历史故障补偿容错控制库实现对故障信号的补偿修正，完成对于历史故障的主动补 偿容错控制； 所述联锁报警层包括生产监控模块和报警处理模块，当故障诊断模块中当前的故障信 号与故障特征库未能匹配时，判定当前的故障信号为未知故障，连锁报警层启动生产监控 模块监控成产状况或者启动报警处理模块发出报警、紧急切断电源进行联锁。
2. 如权利要求1所述的一种基于传感器故障诊断技术的联锁报警系统，其特征在于， 基于残差包络轨迹法构建故障检测模块，具体步骤如下： (1) 分析传感器输出信号的构成，将传感器故障的数学模型描述为： X = g(x,u) + d(x,u) y(l) = y(x, u) + γ{1)+ C (-v,uj) (2) 其中，X表示状态矢量；U表示输入矢量，t表示时间参数；g(X,U)为系统非线性模型； 3(x，w)表不模型的不确定性；y(t)表不传感器实际输出；表不被测信号的真实输 出；Y(t)表示测量过程中产生的随机误差，呈正态分布，平均值为O;ζ(X，u，t)表示传感 器故障函数； (2) 采用残差包络轨迹法设计故障检测模块： (201) 、采用加权移动平均滤波技术对残差进行采样，采样选取当前采样时刻前的η个 采样点，在第k个采样时刻得到一组序列： {φ(Ι<-η+ \)^......，Μ/'·-1)，0/0]，其中，#幻为第k个采样时刻的残差； 计算上述序列的加权移动平均值分(幻，根据所述加权移动平均值对新的采样值进行实 时更新，
其中，Hi为权数，η为采样点个数。 (202) 、设置自适应阈值包络轨迹，即传感器无故障输出时残差的包络轨迹。
3. 如权利要求1或2所述的一种基于传感器故障诊断技术的联锁报警系统，其特征在 于：步骤（202)中，所述包络轨迹是由系统非线性模型不确定误差范围3^0、线性化误差 σ(t)和测量过程中引起的随机误差Y(t)造成残差的阈值范围随着时间变化曲线构成， 自适应阈值包络轨迹Ψ(t)具有其最大和最小边界； 7(/) +σ('）一 5(x，w)SΨ⑴仝,(/) +cr('）一 (?〇%") (4) 在第k个采样时刻，若残差的加权移动平均值勿/〇落在了轨迹Ψ(t)的范围内，判定残 差由系统非线性模型不确定误差范围线性化误差σ(t)和测量噪声引起的随机误 差Y(t)引起，此时判断为传感器在正常工作；反之，在第k个采样时刻，若残差的加权移动 平均值勿/〇落在轨迹Ψ(t)的范围之外，则认为残差还包含了其他成分，此时判断为传感 器发生故障。
4. 如权利要求1所述的一种基于传感器故障诊断技术的联锁报警系统，其特征在于， 所述历史故障特征库按照发生故障后信号幅值的变化程度、变化速度将传感器故障归类为 软故障和硬故障，幅值变化较小且缓慢的为软故障，幅值变化较大且迅速的为硬故障；具体 包括：偏差故障、漂移故障、精度下降故障和完全故障。
5. 如权利要求4所述的一种基于传感器故障诊断技术的联锁报警系统，其特征在于： (501) 所述偏差故障的函数表示为： ζ(x,u,t)=K(5) 其中，K为常数； (502) 所述漂移故障的函数表示为： ζ(x.u.t)=K(t-t〇) (6) 其中，K为常数，h为的故障起始时刻； (503) 所述精度下降故障的函数表示为： ζ(x.u.t)?N(0, 〇22) (7) 其中，O22表不方差； (504) 所述完全故障的函数表示为： y⑴=Vniax (或Vniin) (8) 其中，V_、Vmin分别表示仪表量程的最大值和最小值。
6. 如权利要求5所述的一种基于传感器故障诊断技术的联锁报警系统，其特征在于： 所述（504)的完全故障中，故障刚开始发生时有一形成过程，表示为：
其中，h为的故障起始时刻。
【文档编号】G05B19/418GK104238530SQ201410546900
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年10月15日 优先权日:2014年10月15日
【发明者】王琪 申请人:南京化工职业技术学院