现场仪表的主动补偿容错控制策略研究

1、现场仪表的主动补偿容错控制策略研究摘 要：该文讲述了现场仪表控制系统屮经常出现的故障，详细分析 了传感器与执行器产生故障的原因，在此基础上，给出了主动补偿容错的 控制策略。关键词：现场仪表补偿容错策略研究屮图分类号：tp273文献标识码：a文章编号：1674-098x (2013) 05 (b) -0005-01常规的控制回路是建立在一般的过程控制系统上的。回路z间相互配 合，如果当中有一个部位出现问题，那么整个控制冋路的作用就都会受到 牵连，最严重的就是导致真个系统面临瘫痪。根据这个原理，科学、快速 解决控制回路屮出现的问题，可以保证整个控制系统的高效运行。但是对 于连续作业系统来说，系统设

2、备的维护和更换在一定程度上会影响到生产 的进程，所以，根据主动补偿容错控制的思想对整个系统进行主动的容错 控制，从而保证整个系统正常工作。1传感器出现故障描述在现场实际的工业过程屮，传感器由于外界环境的影响和自身的特 点，会出现很多不一样的故障。例如：漂移故障、误差故障、精度不准确 故障和完全故障。前三种故障出现故障的现象不明显，也而被成为软故障, 很难被检测出來，这使得它们的破坏程度比完全故障一一硬故障要严重。传感器的控制属于多条线路输入、输出的非线性动态控制，其发生故障模型为：x=f (x, u) + n (t-t)y (t) =g (x, u) + (t) +b (t-t) f (x,

3、u, t)这上面公式中，xerm,状态矢量；uwrm,输入矢量；f (x, u)属 于系统的非线性模型；模型的不确定性山n(x, u)表示1。2执行器出现故障描述整个系统控制回路的末端就是执行器。执行器对于整个控制系统的良 好运行发挥着重要的作用。在工业工程中比较常见的执行器就是阀门。在 工业生产过程中，一旦阀门出现故障或者操作方法不正确，就会导致工业 生产不能正常进行，达到一定严重程度就会发生意外事故。与此同时，在 控制系统中，许多关键部门的阀门不但价格昂贵，更换也很不方便，所以 对阀门的故障分析就显得非常重要。2. 1阀门控制原理执行部门、阀门定位器、调节机构这三个部门组成了阀门。控制器的

4、 输出信号通过执行结构从展板成为控制阀门的推理，从而进一步完成了从 推理向角位移信号的转变；位移信号通过调解机构对流通面积产生影响， 进一步改变流体流量，从而改变流体流量。控制系统的作用通过阀门的定 位器部分实现改善。泄位器和阀杆位移量形成了控制系统的另条回路控 制，达到对摩擦力很好的克服作用。充分利用阀门的定位器和被控制的变 量形成串级控制2。2.2阀门常见故障根据阀门的机构可以把故障进行合理分类，分为一般外部故障、调节 机构故障以及定位器故障等。例如：当整个系统的压力供给降低时，就会 造成阀门的突变故障；当阀杆的活动范i韦i超越正常阀杆的范围时，就会堵 塞阀门，从而让阀门出现衰减故障。（如

5、表1）注：hf表示阀杆移动范围；h0表示正常阀杆移动范围；fs表示故障 强度；f0表示正常时阀的输岀流量；ff表示故障时阀的输出流豊dbf表 示故障时滞后环度；xf表示故障时阀杆移动距离；kwf表示故障时阀流量 系数；tlf表示故障时载体温度；t10表示正常载体温度；kwo表示正常时 阀流量系数3。3主动补偿容错控制策略在复杂的控制系统中，负反馈和控制回路的交合会造成整个控制系统 冋路的故障扩大化，因此故障不会带來控制系统较大变化，根据这个原理, 対闭环控制系统的在线故障调节很难实现。在工业生产过程中出现的故障 很多可以预见，或者是一些故障经常发牛。把全部故障根据故障特征建立 相应的故障模型，

6、通过科学、合理的主动补偿容错控制，处理以后存储在 容错控制库里面。系统能够根据故障模块对工作进行诊断，判定出故障的 位置，进一步采取措施隔离故障措施。所以，在工业现场，仪表仪器的主 动容错控制得到了广泛的应用。由此推理，首先进行故障检测，找到控制 容错方法，根据现场实际情况决左采用系统基础闭坏控制或者是人机跟进 监督管理等方法4。系统基础闭环控制层是山传感器、执行器和信号转化、控制器组成的 一般控制冋路。其中计算机控制系统和集散控制系统比较常用。在现实生 活中，工业控制线路采用常规控制回路占了 90%以上。如果回路控制发生 故障，那么整个系统都会受到牵连，因为冋路和系统的多个线路都有联系。 系

7、统的基础闭环控制能够很好地稳定不良情况，但也会影响着故障的诊断 和容错控制策略的进一步实施。对故障进行科学、有效诊断和主动补充容 错的工作检查，利用自适应阀值和加权移动的平均残差检测方法，对整个 系统的工作状态进行认真仔细检查。因为在整个系统z中不同性质的故障 具有不同特征,所以应该釆用不同的检测方法进行诊断o利用系统的模型 预估值和系统的测量值之间的偏差之间安装控制策略协调器，这一调节工 具。如果系统正常工作，系统就会自动采用正常的控制策略，如果系统发 生故障，那么安装的容错控制器就会自动启动，通过对故障的判断，系统 会把以前故障补偿容错制器切换到现阶段的控制，从而保证整个系统正 常、高效运行。随着科技的发展，现场仪表的主动补偿容错控制策略也越来越多。现 阶段，我们在研究过程控制系统的主要特点和现实情况基础上，已经建立 了多种传感器故障以及执行器故障的合理表述形式，让研究更加符合工业 实际