热电厂执行器故障诊断及控制闭环性能分析
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【摘 要】本文从应用的角度探讨了火电厂热工控制故障诊断及控制闭环性能分析，首先从理论上讨论了数据获取、执行器典型故障的诊断及控制系统闭环分析等内容。研究了执行机构的几种典型故障的诊断方法，研究了控制系统闭环运行下的各种分析方法，并把它们有机的糅合到了一起。通过对控制系统的调节品质的检测、闭环性能分析和调节器的参数优化，及时的给出热工运行人员合理的指导建议，从而实现了对控制系统的优化运行
【关键词】热工控制系统；故障诊断；闭环辨识
1 执行器故障诊断方法研究
执行器作为控制系统的最终实现部分，有着重要的作用。但是目前对控制系统的故障诊断对传感器的诊断研究比较多，而对执行器的故障诊断比较少。
1.1 诊断方法的研究
此方法运用阀杆在“粘滞-滑动”过程中速度变化事件发生的频率分布来实现“粘滞-滑动”故障的诊断。通常，阀杆运动是平滑的，其速度分布如图 1第一幅图所示。但当阀门发生“粘滞-滑动”故障时速度分布如图1 第二幅图所示，阀门速度被分成“动作”和“静止”两个状态，反映了阀门运动过程中“滑动”和“粘滞”的两种情况。我们发现第一幅图中阀杆速度的均值和方均根之间的距离要比第二幅图大的多。所以用速度均值和方均根之间的关系来诊断这种“粘滞-滑动”故障是很方便的，当二者之间的数值比较接近的时候阀门处于正常状态，而当两者之间的数值相差较大时，则阀门出现了“粘滞-滑动”故障。一般使用两者的比值来判断它们的相差程度是比较方便的。关于速度均值和方均根之间比值的阈值的选择，还需要根据具体情况通过大量试验才能得到一个比较合适的值。
1.2 故障诊断的仿真实例
应用此方法，我们对二级减温阀门数据进行仿真分析。下图是电厂中实际采集的一段阀门数据：可以看出在 100～400 秒范围内，阀门的反馈信号有明显的“粘滞-滑动”故障。
对该段数据进行分析，通过大量实验设置平均值和方均根的比值在 2.9～3.0 之间。同时采用数据递推的方式，更好的实现了诊断方法的实时性，并对指令信号同时诊断，消除了当指令是阶梯型，反馈信号也是阶梯型情况下的误判
控制系统的闭环性能分析是控制系统过程优化技术的重要组成部分。通过对闭环控制系统的分析可以及时了解到控制系统的运行状态，当控制系统的控制品质出现恶化的时候能及时的发现问题，并对控制系统进行优化，恢复优良的控制效果。目前现场对控制系统的分析还多是处在离线手动分析的基础上，一般是对控制系统做定值扰动试验，然后对阶跃响应曲线进行分析来得到控制系统的控制性能指标。
自动控制系统调节品质的优劣，直接表征了控制系统克服外界干扰能力的大小。因而讨论自动控制系统的调节品质指标就显得尤其重要。一个控制系统的调节品质好坏在系统处于稳态的条件下是难以判断的，一般是通过控制系统在受到单位阶跃输入作用后，被调量在过渡过程中的变化曲线来分析得出。所谓的过渡过程是指控制系统在受到扰动作用后被调量偏离给定值，调节作用使控制系统恢复到新的平衡状态的过程。典型的过渡过程曲线如图3 所示。
衡量调节品质的指标可以归纳为三个方面，即稳定性、准确性和快速性。调节品质指标一般包括衰减率、调节时间、超调量和稳态偏差等。
在许多实际问题中，辨识不一定都能在开环状态下进行。比如一些实际运行着的工业过程，利用辨识方法研究它们的动态特性时，不能轻易切断过程的反馈回路，否则可能会造成过程失控，严重影响生产，这就要求辨识必须在闭环状态下进行。又如研究参数自适应控制问题时，辨识和控制是有机结合的，这时的辨识一定要在闭环状态下进行，以便实时修改控制规律。由此可见，研究闭环系统辨识完全是出于实际问题的需要。
3 结束语
结合火电厂的实际情况，研究热工控制系统的故障诊断，并以过热汽温控制系统为例对故障类型和诊断方法进行了总结。研究了控制系统闭环运行下的各种分析方法，并把它们有机的糅合到了一起。通过对控制系统的调节品质的检测、闭环性能分析和调节器的参数优化，及时的给出热工运行人员合理的指导建议，从而实现了对控制系统的优化运行，取得了较好的应用效果。