CN108469097A - 一种主动式变风量送风系统末端故障检测与诊断方法 - Google Patents

一种主动式变风量送风系统末端故障检测与诊断方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种变风量送风系统末端(VAV box)主动式故障检测与诊断方法。针对传统被动式故障检测与诊断方法难以有效诊断故障的实际情况，提出了通过向自控系统引入特定的扰动来获取针对性的故障征兆测量值的方法，实现了在不增加额外测点和诊断信息的情况下有效诊断大部分变风量送风系统末端故障。本发明提出了完整的故障检测与诊断流程，并针对变风量末端常见故障制定了完整的主动式故障诊断规则，解决了目前变风量送风系统末端由于传感器数量少、诊断信息不完整和故障特征相似导致的故障诊断难题。本发明所提供的新型主动式故障检测与诊断方法能够有效检测诊断大部分变风量送风系统末端故障。

Description

一种主动式变风量送风系统末端故障检测与诊断方法
技术领域
本发明属于建筑节能、建筑运维和建筑自控领域，涉及基于知识推理的故障检测与诊断方法与技术，特别是涉及变风量空调系统末端的故障检测与诊断方法及应用。
背景技术
变风量(Variable Air Volume,VAV)送风系统可以有效地满足多区域用户不同的冷/热需求，在大型公共建筑中得到了广泛的应用。但其系统规模庞大，控制策略复杂，各类故障频发。在这些故障中，变风量系统末端(VAV box)故障占据很大比例。对如此众多的VAV末端进行手动检修不仅耗时费力，同时也对技术人员的专业性有较高的要求。因此，自动故障检测与诊断(Fault Detection andDiagnosis,FDD)方法研究具有重要科学价值和工程意义。
变风量空调系统末端主要有如下五类故障：风阀故障、控制器故障、传感器故障、设计类故障以及操作类故障，如表3。大部分故障有相似的征兆，给故障检测与诊断带来了困难。近年来研究人员提出了许多变风量送风系统末端故障检测与诊断方法，但多基于被动式的方法，即通过对在线数据的分析来检测诊断故障。由于故障类型多且征兆相似，难以有效诊断出故障。因此，这是一个典型的信息不足情况下的故障检测诊断问题，低成本获取更多诊断信息是解决此问题的关键所在。
发明内容
本发明的能够克服现有技术的不足，提供一种信息不足情况下的变风量送风系统末端故障检测与诊断方法。
有鉴于此，本发明变风量末端主动式故障检测与诊断方法包括以下基本操作步骤：
S1：首先对待检测的变风量送风系统末端进行被动式故障检测，具体步骤为：
第1-1步，获取待检测的变风量送风系统末端实时运行数据，所述实时运行数据包括：房间温度传感器数据Tr、送风风量传感器数据Fs、风阀开度的控制信号μ、房间温度设定值Tset、送风风量设定值Fset；
第1-2步，对获得的实时运行数据进行预处理；
第1-3-1步，比较送风风量测量值与设定值的偏差，若偏差值大于送风流量阈值ΔF，且持续时间超过20min，则直接跳转至第1-5步，否则继续进入第1-3-2步，其中ΔF＝3*σF，σF为根据正常运行历史数据获得的送风风量测量值标准差；
第1-3-2步，比较房间温度测量值与设定值的偏差，若偏差值大于房间温度阈值ΔT，且持续时间超过30min，则直接跳转至第1-5步，否则继续进入第1-3-3步,其中ΔT＝3*σT，σT为根据正常运行历史数据获得的房间温度测量值的标准差；
第1-3-3步，若送风风量测量值持续60min无明显变化，即送风风量测量值的方差小于σF，则直接跳转至第1-5步，否则继续进入第1-3-4步；
第1-3-4步，若室内温度测量值持续180min无明显变化，即温度测量值的方差小于σT，则直接跳转至第1-5步，否则继续进入第1-4步；
第1-4步，未检测出异常，得到该变风量送风系统末端无故障的结果，结束故障检测与诊断过程，生成无故障的诊断报告；
第1-5步，检测出异常，得到该变风量送风系统末端有故障的结果，执行S2主动式故障诊断；
S2:主动式故障诊断的具体步骤为：
第2-1-1步，若房间温度测量值Tr与设定值Tset满足Tr>Tset+3*σT；且送风风量设定值Fset处于最大值Fmax，即|Fset-Fmax|<σF；且送风风量测量值Fs与设定值Fset满足Fs<Fset-3*σF；且风阀开度的控制信号μ处于最大值μmax，即|μ-μmax|<σμ，其中σμ为风阀开度的控制信号的标准差，则引入主动式行为即第2-1-2至2-1-3步；否则转至第2-2-1步；
第2-1-2步，重设房间温度设定值，在当前基础上提高10摄氏度，并持续15min，然后转至第2-1-3步；
第2-1-3步，重设房间温度设定值，在当前基础上降低10摄氏度，结束主动式行为，然后转至第2-1-4步；
第2-1-4步，根据实时运行数据，若在主动式行为结束时，送风风量设定值Fset,ed处于最小值Fmin，即|Fset,ed-Fmin|<σF，且送风风量测量值Fs,ed与主动式行为前的送风风量测量值Fs,st满足Fs,ed-Fs,st<3*σF，则判断发生的故障为风阀卡在全关或部分开度，然后转至第2-8步；否则转至第2-1-5步；
第2-1-5步，根据实时运行数据，若在主动式行为结束时，送风风量设定值Fset,ed处于最小值Fmin，即|Fset,ed-Fmin|<σF；且送风风量测量值Fs,ed与送风风量设定值Fset,ed满足|Fs,ed-Fset,ed|<3*σF；且风阀开度的控制信号μ与无故障时的最低风量时阀门开度的平均值avg(μFmin)满足μ-avg(μFmin)>3*σμ，则判断发生的故障为送风静压过低，然后转至第2-8步；否则转至第2-2-1步；
第2-2-1步，若房间温度测量值Tr与设定值Tset满足Tr>Tset+3*σT；且送风风量设定值Fset处于最大值Fmax，即|Fset-Fmax|<σF；且送风风量测量值Fs与设定值Fset满足|Fs-Fset|<3*σF，则引入主动式行为即第2-2-2至2-2-3步；否则转至第2-3-1步；
第2-2-2步，重设房间温度设定值，在当前基础上降低10摄氏度，并持续15min，然后转至第2-2-3步；
第2-2-3步，重设房间温度设定值，在当前基础上升高10摄氏度，然后转至第2-2-4步；
第2-2-4步，根据实时运行数据，若在主动式行为结束时，送风风量设定值Fset,ed处于最小值Fmin，即|Fset,ed-Fmin|<σF；且风阀开度的控制信号μed处于最小值μmin，即|μed-μmin|<σμ；且送风风量测量值Fs,ed与送风风量最小值Fmin满足Fs,ed-Fmin>3*σF，则判断发生的故障为风量传感器读数漂移至最大值位置，转至第2-8步；否则转至第2-2-5步；
第2-2-5步，根据实时运行数据，若在主动式行为结束时，送风风量设定值Fset,ed处于最小值Fmin，即|Fset,ed-Fmin|<σF，且主动式行为过程中测量得到的房间温度测量值的标准差STD(Tr,st,…Tr,end)小于σT，即STD(Tr,st,…Tr,end)<σT，则判断发生的故障为房间温度传感器示数卡死在一个大于设定值的位置，然后转至第2-8步；否则，判断发生的故障为变风量末端设计尺寸偏小、房间温度设定点过低、房间冷负荷过大或者送风温度过高，然后转至第2-7步；
第2-3-1步，若房间温度测量值Tr与设定值Tset满足Tr<Tset-3*σT；且送风风量设定值Fset处于最小值Fmin，即|Fset-Fmin|<σF；且送风风量测量值Fs与设定值Fset满足Fs>Fset+3*σF；且风阀开度的控制信号μ处于最小值μmin，即|μ-μmin|<σμ，则引入主动式行为即第2-3-2至2-3-3步，否则转至第2-4-1步；
第2-3-2步，重设房间温度设定值，在当前基础上降低10摄氏度，并持续15min，然后转至第2-3-3步；
第2-3-3步，重设房间温度设定值，在当前基础上提高10摄氏度，然后转至第2-3-4步；
第2-3-4步，根据实时运行数据，若在主动式行为结束时，送风风量设定值Fset,ed处于最大值Fmax，即|Fset,ed-Fmax|<σF；且送风风量测量值Fs,ed与主动式行为前的送风风量测量值Fs,st满足Fs,ed-Fs,st<3*σF，则判断发生的故障为风阀卡在全开或部分开度，转至第2-8步；否则转至第2-3-5步；
第2-3-5步，根据实时运行数据，若在主动式行为结束时，送风风量设定值Fset,ed处于最大值Fmax，即|Fset,ed-Fmax|<σF；且送风风量测量值Fs,ed与送风风量设定值Fset,ed满足|Fs,ed-Fset,ed|<3*σF；且风阀开度的控制信号μ与无故障时的最高风量时阀门开度的平均值avg(μFmax)满足avg(μFmax)-μ>3*σμ，则判断发生的故障为送风静压过高，转至第2-8步；否则转至第2-4-1步；
第2-4-1步，若房间温度测量值Tr与设定值Tset满足Tr<Tset-3*σT；且送风风量设定值Fset处于最小值Fmin，即|Fset-Fmin|<σF；且送风风量测量值Fs与设定值Fset满足|Fs-Fset|<3*σF，则引入主动式行为即第2-4-2至2-4-3步；否则转至第2-5-1步；
第2-4-2步，重设房间温度设定值，在当前基础上降低10摄氏度，并持续15min，然后转至第2-4-3步；
第2-4-3步，重设房间温度设定值，在当前基础上提高10摄氏度，然后转至第2-4-4步；
第2-4-4步，根据实时运行数据，若在主动式行为结束时，送风风量设定值Fset,ed处于最大值Fmax，即|Fset,ed-Fmax|<σF；且风阀开度的控制信号μed处于最大值，即|μed-μmax|<σμ；且送风风量测量值Fs,ed与送风风量最大值Fmax满足Fmax-Fs,ed>3*σF，则判断发生的故障为风量传感器读数漂移至最小值位置，转至第2-8步；否则转至第2-4-5步；
第2-4-5步，根据实时运行数据，若在主动式行为结束时，送风风量设定值Fset,ed处于最大值Fmax，即|Fset,ed-Fmax|<σF；且在主动式行为过程中测量得到的房间温度测量值的标准差STD(Tr,st,…Tr,end)小于σT，即STD(Tr,st,…Tr,end)<σT，则判断发生的故障为房间温度传感器示数卡死在一个小于设定值的位置，然后转至第2-8步；否则判断发生的故障为变风量末端设计偏大、房间温度设定点过高、房间冷负荷过小或送风温度过低，然后转至第2-7步；
第2-5-1步，若在60min内获得的送风风量测量值的标准差STD(Fs,…Fs-60)小于σF，即STD(Fs,…Fs-60)<σF,，其中Fs指当前流量，Fs-60指60min前的流量；且送风风量设定值的变换次数RFset大于6，则引入主动式行为即第2-5-2至2-5-4步，否则转至第2-6-1步；
第2-5-2步，重设房间温度设定值，在当前基础上降低10摄氏度，并持续10min，然后转至第2-5-3步；
第2-5-3步，重设房间温度设定值，在当前基础上提高20摄氏度，并持续10min，然后转至第2-5-4步；
第2-5-4步，重设房间温度设定值，在当前基础上降低10摄氏度，然后转至第2-5-5步；
第2-5-5步，若送风风量测量值位于风量最小值和最大值之间，即Fs∈[Fmax,Fmin]；且在主动式行为过程中测量得到的送风风量测量值的标准差STD(Fs,st,…Fs,end)小于σF，即STD(Fs,st,…Fs,end)<σF；且送风风量设定值的标准差STD(Fset,st,…Fset,end)大于σF，即STD(Fset,st,…Fset,end)>σF，则判断发生的故障为送风风量传感器示数卡在风量最小值和最大值之间，转至第2-8步；否则转至第2-5-6步；
第2-5-6步，若送风风量测量值Fs,ed小于风量最小值Fmin或大于风量最大值Fmax，即Fs,ed<Fmin或Fs,ed>Fmax；且在主动式行为过程中测量得到的送风风量测量值的标准差STD(Fs,st,…Fs,end)小于σF，即STD(Fs,st,…Fs,end)<σF；且送风风量设定值的标准差STD(Fset,st,…Fset,end)大于σF，即STD(Fset,st,…Fset,end)>σF，则判断发生的故障为送风风量传感器示数卡在风量最小值和最大值之外，转至第2-8步；否则判断发生的故障为风阀迟滞、风阀粘滞、风量反馈控制回路控制问题或温度反馈控制回路控制问题，转至第2-7步；
第2-6-1步，若在60min内获得的房间温度测量值的标准差STD(Tr,…Tr-60)小于σT，即STD(Tr,…Tr-60)<σT，其中Tr指当前房间温度，Tr-60指60min前的房间温度；且送风风量测量值的标准差STD(Fs,…Fs-60)小于σF，即STD(Fs,…Fs-60)<σF，则引入主动式行为即第2-6-2至2-6-4步，否则转至第2-7步；
第2-6-2步，重设房间温度设定值，在当前基础上降低10摄氏度，并持续10min，然后转至第2-6-3步；
第2-6-3步，重设房间温度设定值，在当前基础上提高20摄氏度，并持续10min，然后转至第2-6-4步；
第2-6-4步，重设房间温度设定值，在当前基础上降低10摄氏度，然后转至第2-6-5步；
第2-6-5步，若在主动式行为结束时，房间温度测量值Tr,ed与设定值Tset,ed满足|Tr,ed–Tset,ed|≤σT,；且在主动式行为过程中测量得到的房间温度测量值的标准差STD(Tr,st,…Tr,end)小于σT,，即STD(Tr,st,…Tr,end)<σT；且送风风量测量值的标准差STD(Fs,st,…Fs,end)满足STD(Fs,st,…Fs,end)>3*σF，则判断发生的故障为房间温度传感器示数卡死，且其与设定值的偏差在阈值范围内，转至第2-8步；否则转至第2-6-6步；
第2-6-6步，若在主动式行为结束时，房间温度测量值Tr,ed与设定值Tset,ed满足Tr,ed–Tset,ed>σT；且在主动式行为过程中测量得到的房间温度测量值的标准差STD(Tr,st,…Tr,end)小于σT,，即STD(Tr,st,…Tr,end)<σT；且送风风量测量值的标准差STD(Fs,st,…Fs,end)满足STD(Fs,st,…Fs,end)>3*σF，则判断发生的故障为房间温度传感器示数卡在大于设定值的地方，转至第2-8步；否则转至第2-6-7步；
第2-6-7步，若在主动式行为结束时，房间温度测量值Tr,ed与设定值Tset,ed满足Tr,ed–Tset,ed<-σT；且在主动式行为过程中测量得到的房间温度测量值的标准差STD(Tr,st,…Tr,end)小于σT,，即STD(Tr,st,…Tr,end)<σT；且送风风量测量值的标准差STD(Fs,st,…Fs,end)满足STD(Fs,st,…Fs,end)>3*σF，则判断发生的故障为房间温度传感器示数卡在大于设定值的地方，则转至第2-8步；否则转至第2-7步；
第2-7步，根据故障检测诊断结果生成可疑故障列表；
第2-8步，根据故障检测诊断结果，生成故障检测诊断报告，并显示故障类型。
基于上述技术方案，还可以进一步提供如下优选方式，其中：
变风量送风系统末端实时运行数据可以通过建筑管理系统BMS在线获取。
第1-2步中，数据的预处理可以包括数据清洗、变换，用于剔除异常数据。
第2-7步中，可以将所述的可疑故障列表提供给维护人员，进行人工诊断。
无故障时的最高风量时阀门开度的平均值avg(μFmax)、无故障时的最低风量时阀门开度的平均值avg(μFmin)可以通过历史数据统计获得。
与现有技术相比，本发明所述的一种主动式变风量送风系统末端故障检测与诊断方法具有的优势在于：
与传统被动式故障检测与诊断方法相比，本方法可更全面地诊断变风量送风系统末端常见的硬件故障，且诊断结果更加准确。全面准确的故障检测诊断可大大缩短故障从发生到消除的时间，减少人工排查的人力物力消耗，减小系统能耗浪费，提高建筑环境热舒适性。
附图说明
图1为主动式变风量送风系统末端故障检测与诊断流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下属实施例。
如图1所示，本发明的主动式变风量送风系统末端故障检测与诊断方法，包括被动式故障检测与主动式故障诊断两个步骤；
被动式故障检测是利用被动式故障检测规则集对变风量送风系统末端实时运行数据进行分析，被动式故障检测规则集包括一系列故障检测规则，能够检测出变风量送风系统末端是否存在异常。若未检测出异常，则得到该变风量送风系统末端无故障的结果；若检测出异常，则得到该变风量送风系统末端的故障征兆，产生可疑的故障列表。若故障较为简单，可以使用简单的规则可以分离出，则可直接得到故障的诊断结果，流程结束；若所述无法分离出故障，则需要进入主动式故障诊断阶段。
主动式故障诊断时需首先选择主动式行为，主动式行为即通过改变室内温度设定点向空调系统引入特定小扰动，不同的主动行为有不同的设定值大小、正负以及时长。主动式行为均为小扰动，对系统运行及建筑环境热舒适度影响较小。选择出确定的主动式行为后，通过BMS向所述变风量送风系统故障末端发送相应的控制指令，而后获取主动式行为实施后的运行数据，进而使用主动式故障诊断规则集对上述数据处理，得到诊断结果。主动式诊断规则集为添加主动式行为后，在不同故障情况下变风量送风系统末端所表现出的征兆与故障间的因果关系。主动式诊断后，部分明确的故障可直接生成诊断报告，而无法明确的故障可以生成可疑故障列表，进行人工辅助判别，由此减少人工排查的人力物力消耗。
S1：首先对待检测的变风量送风系统末端进行被动式故障检测，具体步骤为：
第1-1步，通过建筑管理系统(BMS)在线获取变风量送风系统末端实时运行数据，实时运行数据包括传感器数据、控制信号和设计参数，具体包括：房间温度传感器数据Tr、送风风量传感器数据Fs、风阀开度的控制信号μ、房间温度设定值Tset、送风风量设定值Fset；
第1-2步，对获得的实时运行数据进行清洗、变换等预处理，清除明显异常数据，然后进入第1-3-1步；
第1-3-1步，比较送风风量测量值与设定值的偏差，若偏差值大于送风流量阈值ΔF，且持续时间超过20min，则直接跳转至第1-5步，否则继续进入第1-3-2步，其中ΔF＝3*σF，σF为根据正常运行历史数据获得的送风风量测量值标准差；
第1-3-2步，比较房间温度测量值与设定值的偏差，若偏差值大于房间温度阈值ΔT，且持续时间超过30min，则直接跳转至第1-5步，否则继续进入第1-3-3步,其中ΔT＝3*σT，σT为根据正常运行历史数据获得的房间温度测量值的标准差；
第1-3-3步，若送风风量测量值持续60min无明显变化，即送风风量测量值的方差小于σF，则直接跳转至第1-5步，否则继续进入第1-3-4步；
第1-3-4步，若室内温度测量值持续180min无明显变化，即温度测量值的方差小于σT，则直接跳转至第1-5步，否则继续进入第1-4步；
第1-4步，未检测出异常，得到该变风量送风系统末端无故障的结果，结束故障检测与诊断过程，生成无故障的诊断报告；
第1-5步，检测出异常，得到该变风量送风系统末端有故障的结果，执行S2主动式故障诊断；
S2:主动式故障诊断的具体步骤为：
第2-1-1步，若房间温度测量值Tr与设定值Tset满足Tr>Tset+3*σT；且送风风量设定值Fset处于最大值Fmax，即|Fset-Fmax|<σF；且送风风量测量值Fs与设定值Fset满足Fs<Fset-3*σF；且风阀开度的控制信号μ处于最大值μmax，即|μ-μmax|<σμ，其中σμ为风阀开度的控制信号的标准差，满足上述四个条件则引入主动式行为即第2-1-2至2-1-3步；否则(任一条件不满足，下同)直接转至第2-2-1步；
第2-1-2步，重设房间温度设定值，在当前基础上提高10摄氏度，并持续15min，然后转至第2-1-3步；
第2-1-3步，重设房间温度设定值，在当前基础上降低10摄氏度，结束主动式行为，然后转至第2-1-4步；
第2-1-4步，根据实时运行数据，若在主动式行为结束时，送风风量设定值Fset,ed(本发明中，下标ed表示主动式行为结束时的参数，下同)处于最小值Fmin，即|Fset,ed-Fmin|<σF，且主动式行为结束时的送风风量测量值Fs,ed与主动式行为前的送风风量测量值Fs,st(本发明中，下标st表示主动式行为前时的参数，下同)满足Fs,ed-Fs,st<3*σF，则判断发生的故障为风阀卡在全关或部分开度，然后转至第2-8步；否则转至第2-1-5步；
第2-1-5步，根据实时运行数据，若在主动式行为结束时，送风风量设定值Fset,ed处于最小值Fmin，即|Fset,ed-Fmin|<σF；且送风风量测量值Fs,ed与送风风量设定值Fset,ed满足|Fs,ed-Fset,ed|<3*σF；且风阀开度的控制信号μ与无故障时的最低风量时阀门开度的平均值avg(μFmin)(通过历史数据统计获得)满足μ-avg(μFmin)>3*σμ，则判断发生的故障为送风静压过低，然后转至第2-8步；否则转至第2-2-1步；
第2-2-1步，若房间温度测量值Tr与设定值Tset满足Tr>Tset+3*σT；且送风风量设定值Fset处于最大值Fmax，即|Fset-Fmax|<σF；且送风风量测量值Fs与设定值Fset满足|Fs-Fset|<3*σF，则引入主动式行为即第2-2-2至2-2-3步；否则直接转至第2-3-1步；
第2-2-2步，重设房间温度设定值，在当前基础上降低10摄氏度，并持续15min，然后转至第2-2-3步；
第2-2-3步，重设房间温度设定值，在当前基础上升高10摄氏度，然后转至第2-2-4步；
第2-2-4步，根据实时运行数据，若在主动式行为结束时，送风风量设定值Fset,ed处于最小值Fmin，即|Fset,ed-Fmin|<σF；且风阀开度的控制信号μed处于最小值μmin，即|μed-μmin|<σμ；且送风风量测量值Fs,ed与送风风量最小值Fmin满足Fs,ed-Fmin>3*σF，则判断发生的故障为风量传感器读数漂移至最大值位置，转至第2-8步；否则转至第2-2-5步；
第2-2-5步，根据实时运行数据，若在主动式行为结束时，送风风量设定值Fset,ed处于最小值Fmin，即|Fset,ed-Fmin|<σF，且主动式行为过程中测量得到的房间温度测量值的标准差STD(Tr,st,…Tr,end)小于σT，即STD(Tr,st,…Tr,end)<σT，则判断发生的故障为房间温度传感器示数卡死在一个大于设定值的位置，然后转至第2-8步；否则，判断发生的故障为变风量末端设计尺寸偏小、房间温度设定点过低、房间冷负荷过大或者送风温度过高，然后转至第2-7步；
其中：Tr,st为主动式行为前的房间温度测量值，Tr,end主动式行为结束时的房间温度测量值；
第2-3-1步，若房间温度测量值Tr与设定值Tset满足Tr<Tset-3*σT；且送风风量设定值Fset处于最小值Fmin，即|Fset-Fmin|<σF；且送风风量测量值Fs与设定值Fset满足Fs>Fset+3*σF；且风阀开度的控制信号μ处于最小值μmin，即|μ-μmin|<σμ，则引入主动式行为即第2-3-2至2-3-3步，否则转至第2-4-1步；
第2-3-2步，重设房间温度设定值，在当前基础上降低10摄氏度，并持续15min，然后转至第2-3-3步；
第2-3-3步，重设房间温度设定值，在当前基础上提高10摄氏度，然后转至第2-3-4步；
第2-3-4步，根据实时运行数据，若在主动式行为结束时，送风风量设定值Fset,ed处于最大值Fmax，即|Fset,ed-Fmax|<σF；且送风风量测量值Fs,ed与主动式行为前的送风风量测量值Fs,st满足Fs,ed-Fs,st<3*σF，则判断发生的故障为风阀卡在全开或部分开度，转至第2-8步；否则转至第2-3-5步；
第2-3-5步，根据实时运行数据，若在主动式行为结束时，送风风量设定值Fset,ed处于最大值Fmax，即|Fset,ed-Fmax|<σF；且送风风量测量值Fs,ed与送风风量设定值Fset,ed满足|Fs,ed-Fset,ed|<3*σF；且风阀开度的控制信号μ与无故障时的最高风量时阀门开度的平均值avg(μFmax)(通过历史数据统计获得)满足avg(μFmax)-μ>3*σμ，则判断发生的故障为送风静压过高，转至第2-8步；否则转至第2-4-1步；
第2-4-1步，若房间温度测量值Tr与设定值Tset满足Tr<Tset-3*σT；且送风风量设定值Fset处于最小值Fmin，即|Fset-Fmin|<σF；且送风风量测量值Fs与设定值Fset满足|Fs-Fset|<3*σF，则引入主动式行为即第2-4-2至2-4-3步；否则转至第2-5-1步；
第2-4-2步，重设房间温度设定值，在当前基础上降低10摄氏度，并持续15min，然后转至第2-4-3步；
第2-4-3步，重设房间温度设定值，在当前基础上提高10摄氏度，然后转至第2-4-4步；
第2-4-4步，根据实时运行数据，若在主动式行为结束时，送风风量设定值Fset,ed处于最大值Fmax，即|Fset,ed-Fmax|<σF；且风阀开度的控制信号μed处于最大值，即|μed-μmax|<σμ；且送风风量测量值Fs,ed与送风风量最大值Fmax满足Fmax-Fs,ed>3*σF，则判断发生的故障为风量传感器读数漂移至最小值位置，转至第2-8步；否则转至第2-4-5步；
第2-4-5步，根据实时运行数据，若在主动式行为结束时，送风风量设定值Fset,ed处于最大值Fmax，即|Fset,ed-Fmax|<σF；且在主动式行为过程中测量得到的房间温度测量值的标准差STD(Tr,st,…Tr,end)小于σT，即STD(Tr,st,…Tr,end)<σT，则判断发生的故障为房间温度传感器示数卡死在一个小于设定值的位置，然后转至第2-8步；否则判断发生的故障为变风量末端设计偏大、房间温度设定点过高、房间冷负荷过小或送风温度过低，然后转至第2-7步；
第2-5-1步，若在60min内获得的送风风量测量值的标准差STD(Fs,…Fs-60)小于σF，即STD(Fs,…Fs-60)<σF,，其中Fs指当前流量，Fs-60指60min前的流量；且送风风量设定值的变换次数RFset大于6，则引入主动式行为即第2-5-2至2-5-4步，否则转至第2-6-1步；
第2-5-2步，重设房间温度设定值，在当前基础上降低10摄氏度，并持续10min，然后转至第2-5-3步；
第2-5-3步，重设房间温度设定值，在当前基础上提高20摄氏度，并持续10min，然后转至第2-5-4步；
第2-5-4步，重设房间温度设定值，在当前基础上降低10摄氏度，然后转至第2-5-5步；
第2-5-5步，若送风风量测量值位于风量最小值Fmin和最大值Fmax之间，即Fs∈[Fmax,Fmin]；且在主动式行为过程中测量得到的送风风量测量值的标准差STD(Fs,st,…Fs,end)小于σF，即STD(Fs,st,…Fs,end)<σF；且送风风量设定值的标准差STD(Fset,st,…Fset,end)大于σF，即STD(Fset,st,…Fset,end)>σF，则判断发生的故障为送风风量传感器示数卡在风量最小值和最大值之间，然后转至第2-8步；否则转至第2-5-6步；
其中：Fs,st为主动式行为前的送风风量测量值，Fs,end为主动式行为结束时的送风风量测量值；Fset,st为主动式行为前的送风风量设定值，Fset,end为主动式行为结束时的送风风量设定值；
第2-5-6步，若送风风量测量值Fs,ed小于风量最小值Fmin或大于风量最大值Fmax，即Fs,ed<Fmin或Fs,ed>Fmax；且在主动式行为过程中测量得到的送风风量测量值的标准差STD(Fs,st,…Fs,end)小于σF，即STD(Fs,st,…Fs,end)<σF；且送风风量设定值的标准差STD(Fset,st,…Fset,end)大于σF，即STD(Fset,st,…Fset,end)>σF，则判断发生的故障为送风风量传感器示数卡在风量最小值和最大值之外，转至第2-8步；否则判断发生的故障为风阀迟滞、风阀粘滞、风量反馈控制回路控制问题或温度反馈控制回路控制问题，转至第2-7步；
第2-6-1步，若在60min内获得的房间温度测量值的标准差STD(Tr,…Tr-60)小于σT，即STD(Tr,…Tr-60)<σT，其中Tr指当前房间温度，Tr-60指60min前的房间温度；且送风风量测量值的标准差STD(Fs,…Fs-60)小于σF，即STD(Fs,…Fs-60)<σF，则引入主动式行为即第2-6-2至2-6-4步，否则转至第2-7步；
第2-6-2步，重设房间温度设定值，在当前基础上降低10摄氏度，并持续10min，然后转至第2-6-3步；
第2-6-3步，重设房间温度设定值，在当前基础上提高20摄氏度，并持续10min，然后转至第2-6-4步；
第2-6-4步，重设房间温度设定值，在当前基础上降低10摄氏度，然后转至第2-6-5步；
第2-6-5步，若在主动式行为结束时，房间温度测量值Tr,ed与设定值Tset,ed满足|Tr,ed–Tset,ed|≤σT,；且在主动式行为过程中测量得到的房间温度测量值的标准差STD(Tr,st,…Tr,end)小于σT,，即STD(Tr,st,…Tr,end)<σT；且送风风量测量值的标准差STD(Fs,st,…Fs,end)满足STD(Fs,st,…Fs,end)>3*σF，则判断发生的故障为房间温度传感器示数卡死，且其与设定值的偏差在阈值范围内，转至第2-8步；否则转至第2-6-6步；
第2-6-6步，若在主动式行为结束时，房间温度测量值Tr,ed与设定值Tset,ed满足Tr,ed–Tset,ed>σT；且在主动式行为过程中测量得到的房间温度测量值的标准差STD(Tr,st,…Tr,end)小于σT,，即STD(Tr,st,…Tr,end)<σT；且送风风量测量值的标准差STD(Fs,st,…Fs,end)满足STD(Fs,st,…Fs,end)>3*σF，则判断发生的故障为房间温度传感器示数卡在大于设定值的地方，转至第2-8步；否则转至第2-6-7步；
第2-6-7步，若在主动式行为结束时，房间温度测量值Tr,ed与设定值Tset,ed满足Tr,ed–Tset,ed<-σT；且在主动式行为过程中测量得到的房间温度测量值的标准差STD(Tr,st,…Tr,end)小于σT,，即STD(Tr,st,…Tr,end)<σT；且送风风量测量值的标准差STD(Fs,st,…Fs,end)满足STD(Fs,st,…Fs,end)>3*σF，则判断发生的故障为房间温度传感器示数卡在大于设定值的地方，则转至第2-8步；否则转至第2-7步；
第2-7步，根据故障检测诊断结果生成可疑故障列表，提供给维护人员，进行人工诊断；
第2-8步，根据故障检测诊断结果，生成故障检测诊断报告，并显示故障类型。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种变风量送风系统末端的主动式故障检测与诊断方法，其特征在于，包括被动式故障检测和主动式故障诊断两个步骤；
S1：首先对待检测的变风量送风系统末端进行被动式故障检测，具体步骤为：
第1-1步，获取待检测的变风量送风系统末端实时运行数据，所述实时运行数据包括：房间温度传感器数据Tr、送风风量传感器数据Fs、风阀开度的控制信号μ、房间温度设定值Tset、送风风量设定值Fset；
第1-2步，对获得的实时运行数据进行预处理；
第1-3-1步，比较送风风量测量值与设定值的偏差，若偏差值大于送风流量阈值ΔF，且持续时间超过20min，则直接跳转至第1-5步，否则继续进入第1-3-2步，其中ΔF＝3*σF，σF为根据正常运行历史数据获得的送风风量测量值标准差；
第1-3-2步，比较房间温度测量值与设定值的偏差，若偏差值大于房间温度阈值ΔT，且持续时间超过30min，则直接跳转至第1-5步，否则继续进入第1-3-3步,其中ΔT＝3*σT，σT为根据正常运行历史数据获得的房间温度测量值的标准差；
第1-3-3步，若送风风量测量值持续60min无明显变化，即送风风量测量值的方差小于σF，则直接跳转至第1-5步，否则继续进入第1-3-4步；
第1-3-4步，若室内温度测量值持续180min无明显变化，即温度测量值的方差小于σT，则直接跳转至第1-5步，否则继续进入第1-4步；
第1-4步，未检测出异常，得到该变风量送风系统末端无故障的结果，结束故障检测与诊断过程，生成无故障的诊断报告；
第1-5步，检测出异常，得到该变风量送风系统末端有故障的结果，执行S2主动式故障诊断；
S2:主动式故障诊断的具体步骤为：
第2-1-1步，若房间温度测量值Tr与设定值Tset满足Tr>Tset+3*σT；且送风风量设定值Fset处于最大值Fmax，即|Fset-Fmax|<σF；且送风风量测量值Fs与设定值Fset满足Fs<Fset-3*σF；且风阀开度的控制信号μ处于最大值μmax，即|μ-μmax|<σμ，其中σμ为风阀开度的控制信号的标准差，则引入主动式行为即第2-1-2至2-1-3步；否则转至第2-2-1步；
第2-1-2步，重设房间温度设定值，在当前基础上提高10摄氏度，并持续15min，然后转至第2-1-3步；
第2-1-3步，重设房间温度设定值，在当前基础上降低10摄氏度，结束主动式行为，然后转至第2-1-4步；
第2-1-4步，根据实时运行数据，若在主动式行为结束时，送风风量设定值Fset,ed处于最小值Fmin，即|Fset,ed-Fmin|<σF，且送风风量测量值Fs,ed与主动式行为前的送风风量测量值Fs,st满足Fs,ed-Fs,st<3*σF，则判断发生的故障为风阀卡在全关或部分开度，然后转至第2-8步；否则转至第2-1-5步；
第2-1-5步，根据实时运行数据，若在主动式行为结束时，送风风量设定值Fset,ed处于最小值Fmin，即|Fset,ed-Fmin|<σF；且送风风量测量值Fs,ed与送风风量设定值Fset,ed满足|Fs,ed-Fset,ed|<3*σF；且风阀开度的控制信号μ与无故障时的最低风量时阀门开度的平均值avg(μFmin)满足μ-avg(μFmin)>3*σμ，则判断发生的故障为送风静压过低，然后转至第2-8步；否则转至第2-2-1步；
第2-2-1步，若房间温度测量值Tr与设定值Tset满足Tr>Tset+3*σT；且送风风量设定值Fset处于最大值Fmax，即|Fset-Fmax|<σF；且送风风量测量值Fs与设定值Fset满足|Fs-Fset|<3*σF，则引入主动式行为即第2-2-2至2-2-3步；否则转至第2-3-1步；
第2-2-2步，重设房间温度设定值，在当前基础上降低10摄氏度，并持续15min，然后转至第2-2-3步；
第2-2-3步，重设房间温度设定值，在当前基础上升高10摄氏度，然后转至第2-2-4步；
第2-2-4步，根据实时运行数据，若在主动式行为结束时，送风风量设定值Fset,ed处于最小值Fmin，即|Fset,ed-Fmin|<σF；且风阀开度的控制信号μed处于最小值μmin，即|μed-μmin|<σμ；且送风风量测量值Fs,ed与送风风量最小值Fmin满足Fs,ed-Fmin>3*σF，则判断发生的故障为风量传感器读数漂移至最大值位置，转至第2-8步；否则转至第2-2-5步；
第2-2-5步，根据实时运行数据，若在主动式行为结束时，送风风量设定值Fset,ed处于最小值Fmin，即|Fset,ed-Fmin|<σF，且主动式行为过程中测量得到的房间温度测量值的标准差STD(Tr,st,…Tr,end)小于σT，即STD(Tr,st,…Tr,end)<σT，则判断发生的故障为房间温度传感器示数卡死在一个大于设定值的位置，然后转至第2-8步；否则，判断发生的故障为变风量末端设计尺寸偏小、房间温度设定点过低、房间冷负荷过大或者送风温度过高，然后转至第2-7步；
第2-3-1步，若房间温度测量值Tr与设定值Tset满足Tr<Tset-3*σT；且送风风量设定值Fset处于最小值Fmin，即|Fset-Fmin|<σF；且送风风量测量值Fs与设定值Fset满足Fs>Fset+3*σF；且风阀开度的控制信号μ处于最小值μmin，即|μ-μmin|<σμ，则引入主动式行为即第2-3-2至2-3-3步，否则转至第2-4-1步；
第2-3-2步，重设房间温度设定值，在当前基础上降低10摄氏度，并持续15min，然后转至第2-3-3步；
第2-3-3步，重设房间温度设定值，在当前基础上提高10摄氏度，然后转至第2-3-4步；
第2-3-4步，根据实时运行数据，若在主动式行为结束时，送风风量设定值Fset,ed处于最大值Fmax，即|Fset,ed-Fmax|<σF；且送风风量测量值Fs,ed与主动式行为前的送风风量测量值Fs,st满足Fs,ed-Fs,st<3*σF，则判断发生的故障为风阀卡在全开或部分开度，转至第2-8步；否则转至第2-3-5步；
第2-3-5步，根据实时运行数据，若在主动式行为结束时，送风风量设定值Fset,ed处于最大值Fmax，即|Fset,ed-Fmax|<σF；且送风风量测量值Fs,ed与送风风量设定值Fset,ed满足|Fs,ed-Fset,ed|<3*σF；且风阀开度的控制信号μ与无故障时的最高风量时阀门开度的平均值avg(μFmax)满足avg(μFmax)-μ>3*σμ，则判断发生的故障为送风静压过高，转至第2-8步；否则转至第2-4-1步；
第2-4-1步，若房间温度测量值Tr与设定值Tset满足Tr<Tset-3*σT；且送风风量设定值Fset处于最小值Fmin，即|Fset-Fmin|<σF；且送风风量测量值Fs与设定值Fset满足|Fs-Fset|<3*σF，则引入主动式行为即第2-4-2至2-4-3步；否则转至第2-5-1步；
第2-4-2步，重设房间温度设定值，在当前基础上降低10摄氏度，并持续15min，然后转至第2-4-3步；
第2-4-3步，重设房间温度设定值，在当前基础上提高10摄氏度，然后转至第2-4-4步；
第2-4-4步，根据实时运行数据，若在主动式行为结束时，送风风量设定值Fset,ed处于最大值Fmax，即|Fset,ed-Fmax|<σF；且风阀开度的控制信号μed处于最大值，即|μed-μmax|<σμ；且送风风量测量值Fs,ed与送风风量最大值Fmax满足Fmax-Fs,ed>3*σF，则判断发生的故障为风量传感器读数漂移至最小值位置，转至第2-8步；否则转至第2-4-5步；
第2-4-5步，根据实时运行数据，若在主动式行为结束时，送风风量设定值Fset,ed处于最大值Fmax，即|Fset,ed-Fmax|<σF；且在主动式行为过程中测量得到的房间温度测量值的标准差STD(Tr,st,…Tr,end)小于σT，即STD(Tr,st,…Tr,end)<σT，则判断发生的故障为房间温度传感器示数卡死在一个小于设定值的位置，然后转至第2-8步；否则判断发生的故障为变风量末端设计偏大、房间温度设定点过高、房间冷负荷过小或送风温度过低，然后转至第2-7步；
第2-5-1步，若在60min内获得的送风风量测量值的标准差STD(Fs,…Fs-60)小于σF，即STD(Fs,…Fs-60)<σF,，其中Fs指当前流量，Fs-60指60min前的流量；且送风风量设定值的变换次数RFset大于6，则引入主动式行为即第2-5-2至2-5-4步，否则转至第2-6-1步；
第2-5-2步，重设房间温度设定值，在当前基础上降低10摄氏度，并持续10min，然后转至第2-5-3步；
第2-5-3步，重设房间温度设定值，在当前基础上提高20摄氏度，并持续10min，然后转至第2-5-4步；
第2-5-4步，重设房间温度设定值，在当前基础上降低10摄氏度，然后转至第2-5-5步；
第2-5-5步，若送风风量测量值位于风量最小值和最大值之间，即Fs∈[Fmax,Fmin]；且在主动式行为过程中测量得到的送风风量测量值的标准差STD(Fs,st,…Fs,end)小于σF，即STD(Fs,st,…Fs,end)<σF；且送风风量设定值的标准差STD(Fset,st,…Fset,end)大于σF，即STD(Fset,st,…Fset,end)>σF，则判断发生的故障为送风风量传感器示数卡在风量最小值和最大值之间，转至第2-8步；否则转至第2-5-6步；
第2-5-6步，若送风风量测量值Fs,ed小于风量最小值Fmin或大于风量最大值Fmax，即Fs,ed<Fmin或Fs,ed>Fmax；且在主动式行为过程中测量得到的送风风量测量值的标准差STD(Fs,st,…Fs,end)小于σF，即STD(Fs,st,…Fs,end)<σF；且送风风量设定值的标准差STD(Fset,st,…Fset,end)大于σF，即STD(Fset,st,…Fset,end)>σF，则判断发生的故障为送风风量传感器示数卡在风量最小值和最大值之外，转至第2-8步；否则判断发生的故障为风阀迟滞、风阀粘滞、风量反馈控制回路控制问题或温度反馈控制回路控制问题，转至第2-7步；
第2-6-1步，若在60min内获得的房间温度测量值的标准差STD(Tr,…Tr-60)小于σT，即STD(Tr,…Tr-60)<σT，其中Tr指当前房间温度，Tr-60指60min前的房间温度；且送风风量测量值的标准差STD(Fs,…Fs-60)小于σF，即STD(Fs,…Fs-60)<σF，则引入主动式行为即第2-6-2至2-6-4步，否则转至第2-7步；
第2-6-2步，重设房间温度设定值，在当前基础上降低10摄氏度，并持续10min，然后转至第2-6-3步；
第2-6-3步，重设房间温度设定值，在当前基础上提高20摄氏度，并持续10min，然后转至第2-6-4步；
第2-6-4步，重设房间温度设定值，在当前基础上降低10摄氏度，然后转至第2-6-5步；
第2-6-5步，若在主动式行为结束时，房间温度测量值Tr,ed与设定值Tset,ed满足|Tr,ed–Tset,ed|≤σT,；且在主动式行为过程中测量得到的房间温度测量值的标准差STD(Tr,st,…Tr,end)小于σT,，即STD(Tr,st,…Tr,end)<σT；且送风风量测量值的标准差STD(Fs,st,…Fs,end)满足STD(Fs,st,…Fs,end)>3*σF，则判断发生的故障为房间温度传感器示数卡死，且其与设定值的偏差在阈值范围内，转至第2-8步；否则转至第2-6-6步；
第2-6-6步，若在主动式行为结束时，房间温度测量值Tr,ed与设定值Tset,ed满足Tr,ed–Tset,ed>σT；且在主动式行为过程中测量得到的房间温度测量值的标准差STD(Tr,st,…Tr,end)小于σT,，即STD(Tr,st,…Tr,end)<σT；且送风风量测量值的标准差STD(Fs,st,…Fs,end)满足STD(Fs,st,…Fs,end)>3*σF，则判断发生的故障为房间温度传感器示数卡在大于设定值的地方，转至第2-8步；否则转至第2-6-7步；
第2-6-7步，若在主动式行为结束时，房间温度测量值Tr,ed与设定值Tset,ed满足Tr,ed–Tset,ed<-σT；且在主动式行为过程中测量得到的房间温度测量值的标准差STD(Tr,st,…Tr,end)小于σT,，即STD(Tr,st,…Tr,end)<σT；且送风风量测量值的标准差STD(Fs,st,…Fs,end)满足STD(Fs,st,…Fs,end)>3*σF，则判断发生的故障为房间温度传感器示数卡在大于设定值的地方，则转至第2-8步；否则转至第2-7步；
第2-7步，根据故障检测诊断结果生成可疑故障列表；
第2-8步，根据故障检测诊断结果，生成故障检测诊断报告，并显示故障类型。
2.如权利要求1所述的变风量送风系统末端的主动式故障检测与诊断方法，其特征在于，变风量送风系统末端实时运行数据通过建筑管理系统BMS在线获取。
3.如权利要求1所述的变风量送风系统末端的主动式故障检测与诊断方法，其特征在于，第1-2步中，数据的预处理包括数据清洗、变换，用于剔除异常数据。
4.如权利要求1所述的变风量送风系统末端的主动式故障检测与诊断方法，其特征在于，第2-7步中，将所述的可疑故障列表提供给维护人员，进行人工诊断。
5.如权利要求1所述的变风量送风系统末端的主动式故障检测与诊断方法，其特征在于，所述的无故障时的最高风量时阀门开度的平均值avg(μFmax)、无故障时的最低风量时阀门开度的平均值avg(μFmin)通过历史数据统计获得。
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