CN115454027A - 一种自动控制回路监测与诊断方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自动控制回路监测与诊断方法和系统。所述自动控制回路监测与诊断方法,在获取自动控制回路的工作参数后,基于工作参数生成诊断数据,然后,基于诊断数据确定是否存在故障,若存在故障则基于诊断数据生成故障原因,以便能够实时根据故障原因及时调整自动控制回路的工作参数,进而能够提高自动控制回路的控制性能和控制效率。
Description
技术领域
本发明涉及自动监测和诊断技术领域,特别是涉及一种自动控制回路监测与诊断方法及系统。
背景技术
自动控制系统是发电厂极为重要的热控系统,各种闭环控制回路控制着发电厂各种主要设备及参数,确保电厂设备可靠高效运行,提高电厂自动化程度对电厂生产具有重要意义。
目前,现有电厂的自动控制系统都是在使用过程中发现故障,然后通知检修人员消缺,检修人员再根据自己经验分析自动控制回路调节效果不好的原因,例如对设备缺陷、自动回路调节品质不佳、运行人员操作不规范等原因进行分析,接着去改进,然后再验证,这就需要一名有经验的热工检修技术人员投入大量精力去完成消缺任务,甚至还需要联合其他机务专业人员参与消缺,使得消缺效率收到严重影响。并且,现有的自动控制回路消缺方案都是被动等待有运行人员发现缺陷并且做好缺陷登记后,联系检修人员进行消缺处理的过程,消缺闭环过程缓慢,检修人员费时费力。还需要检修人员业务非常熟练,具有多年工作经验和较高的检修技术水平。
当前电厂安全生产压力较大,电厂检修人员定员较少,热工检修人员平时还有巡检热控设备等要求,生产技术部门对设备运行状态要求较高,增加了检修人员的工作量和工作难度。有些自动回路处理不好,分析不出原因,还需要咨询电科院和调试所等单位协助解决问题,一般技能的热控维护人员还不能及时分析原因,不利于故障的及时排查,造成故障处理的延误。
而提高自动控制系统检修过程的自动化投运率,一方面能够使生产过程更加稳定,从而给企业带来可观的经济效益;另一方面能够提高自动控制回路的控制性能和控制效率。
因此,设计一种自动控制回路监测与诊断,使得人员可直观判断各个控制系统的控制品质,以对自动故障回路进行测试、辨识,进而帮助检修维护人员进行参数整定,对电厂检修维护具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种自动控制回路监测与诊断方法及系统,能够提高自动控制回路的控制性能和控制效率。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:
一种自动控制回路监测与诊断方法,包括
获取自动控制回路的工作参数;
基于所述工作参数生成诊断数据;
基于所述诊断数据确定是否存在故障,若存在故障则基于所述诊断数据生成故障原因。
优选地,所述基于所述工作参数生成诊断数据,具体包括:
采用时间绝对误差积分确定被调量和当前工作参数间的误差;
将所述误差量化为0-100的得分。
优选地,基于所述诊断数据确定是否存在故障,具体包括:
当所述得分超过预设值时,判定为存在故障;
当所述得分未超过预设值时,判定为不存在故障。
根据本发明提供的具体实施例,本发明公开了以下技术效果:
本发明提供的自动控制回路监测与诊断方法,在获取自动控制回路的工作参数后,基于工作参数生成诊断数据,然后,基于诊断数据确定是否存在故障,若存在故障则基于诊断数据生成故障原因,以便能够实时根据故障原因及时调整自动控制回路的工作参数,进而能够提高自动控制回路的控制性能和控制效率。
本发明还提供了一种自动控制回路监测与诊断系统,该系统包括:
分布式控制系统,与每一自动控制回路连接,用于获取自动控制回路的工作参数,并用于基于所述工作参数生成诊断数据;
可编程逻辑控制器,与所述分布式控制系统连接,用于以一定的频率向所述分布式控制系统发送心跳信号,并用于获取所述诊断数据;
上位机,与所述可编程逻辑控制器连接,用于基于所述诊断数据确定是否存在故障,若存在故障则用于基于所述诊断数据生成故障原因。
优选地,所述可编程逻辑控制器采用MODBUS通信协议与所述分布式控制系统连接。
优选地,所述上位机通过以太网与所述可编程逻辑控制器连接。
优选地,所述上位机中植入有诊断软件;所述诊断软件用于执行上述提供的自动控制回路监测与诊断方法。
优选地,所述上位机还用于生成故障调节后的调节结果。
优选地,还包括:
显示器,用于显示所述诊断数据、所述故障原因和所述调节结果。
因本发明提供的自动控制回路监测与诊断系统实现的技术效果与上述提供的自动控制回路监测与诊断方法实现的技术效果相同,故在此不再进行赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的自动控制回路监测与诊断方法的流程图;
图2为本发明提供的自动控制回路监测与诊断系统的结构示意图;
图3为本发明实施例提供的自动控制回路监测与诊断系统的工作原理图;
图4为本发明实施例提供的指标评价结果计算流程图;
图5为本发明实施例提供的控制模型工作示意图;
图6为本发明实施例提供的调节效果示意图;
图7为本发明实施例提供的调节界面显示图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种自动控制回路监测与诊断方法及系统,能够提高自动控制回路的控制性能和控制效率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示,本发明提供的自动控制回路监测与诊断方法,包括
步骤100:获取自动控制回路的工作参数。
步骤101:基于工作参数生成诊断数据。该步骤具体包括:
采用时间绝对误差积分确定被调量和当前工作参数间的误差。
将误差量化为0-100的得分。
步骤102:基于诊断数据确定是否存在故障,若存在故障则基于诊断数据生成故障原因。其中,基于诊断数据确定是否存在故障的过程具体包括:
当得分超过预设值时,判定为存在故障。
当得分未超过预设值时,判定为不存在故障。
本发明还提供了一种自动控制回路监测与诊断系统,如图2所示,该系统包括:分布式控制系统(Distributed Control System,DCS)、可编程逻辑控制器(ProgrammableLogic Controlle,PLC)和上位机。
其中,分布式控制系统与每一自动控制回路连接,以用于获取自动控制回路的工作参数,并用于基于工作参数生成诊断数据。机组主要控制子回路的工作参数包含给水、减温水、送风、引风、一次风压、除氧器水位、高低加水位、凝汽器水位等,这些工作参数主要自动控制回路的控制稳定性、响应及时性等直接影响机组运行的稳定性和可靠性。各自动控制回路需要的诊断数据包括:自动控制回路的投入率,阀门线性,测点异常,自动控制回路静态偏差率,PV波动率及是否振荡等。
可编程逻辑控制器与分布式控制系统连接,用于以一定的频率向分布式控制系统发送心跳信号,并用于获取诊断数据。具体的,PLC以一定的频率向DCS发送心跳信号的方式来校核系统的通讯状态,当心跳信号停止超时,输出报警“自动回路诊断系统通讯故障”。
上位机与可编程逻辑控制器连接,用于基于诊断数据确定是否存在故障,若存在故障则用于基于诊断数据生成故障原因。具体的,上位机中植入有诊断软件。诊断软件用于执行上述提供的自动控制回路监测与诊断方法。上位机还用于生成故障调节后的调节结果。
其中,从DCS获取数据后,存储在上位机诊断软件数据库中,诊断软件使用微软公司SQL数据库进行存储,并且可以通过诊断软件编程调用。数据存储至数据库后,通过诊断软件进行计算分析及类比,得出诊断结论,再将诊断结论数据存储至数据库。
进一步,在本发明提供的上位机中,根据DCS中获取的诊断数据计算各控制回路的控制品质利用时间乘绝对误差积分准则对各控制回路进行指标评价,并量化成为0-100的得分,供运行和检修人员直观查看。具体的,在线实时监测机组主要控制回路的控制品质,利用时间绝对误差积分计算被调量与实际值之间的误差,并将计算的误差量化成为0-100的得分,最终给出指标评价结果,供运行和检修人员直观查看。
根据DCS中实时数据计算所检测控制回路的调节品质。利用时间乘绝对误差积分准则实现进行指标评价,准则的表达式为:
计算指标评价结果的过程如下:
其中,需要注意时间绝对误差积分算法中有两个可设参数1-2和1-3,如图4所示,1-2表示时间绝对误差积分的积分时间,1-2根据不同控制回路的要求以及现场实际要求进行更改。1-3为量程范围,由于不同控制系统的被调量的数量级是不同的,因此对于不同的系统相同的误差积分代表的控制性能也是不同的,为此加入了1-3这一参数,将计算出来的时间绝对误差积分除以1-3得到最终的计算输出结果,此值根据不同控制回路的量纲来确定。
此外在时间误差积分的输出连接了一个多项式算法,由于时间误差积分输出越小代表控制性能越好,输出为0时代表被调量完美跟踪设定值,输出越大代表控制品质越差,为了能够直观显示,将其量化为0-100的得分。
当评价指标出现问题时,诊断软件分析故障原因,指导热工检修人员故障消缺方向。其中,分析故障原因的依据是获取的不同维度的诊断数据,哪个诊断数据出现异常则故障原因就可以确定为该维度,例如是测点问题、阀门线性问题、还是自动控制回路本身调节特性不好,如果是因为自动控制回路调节参数需要优化,给出数调试优化的方向。检修人员根据参数调试优化的方向进行调整后,DCS和上位机实时获取调整后的数据并计算分析,可即时观察自动控制回路的调节效果。
在本发明中,为了提高数据传输的精确性,可编程逻辑控制器采用MODBUS通信协议与分布式控制系统连接。上位机通过以太网与可编程逻辑控制器连接。在本发明中,通过底层的串口MODBUS通讯协议从DCS获取实时数据,MODBUS通讯中PLC一侧为通讯从站,DCS一侧为主站,在DCS侧组态中用功能块实现通讯的控制,完成数据和指令的交互。其中,如图3所示,也可以生成易控天地软件存储分析报表,以便于维护优化自动控制回路的工作参数(即自动参数)。
此外,为了便于用户查看,本发明提供的自动控制回路监测与诊断系统,还可以设置有显示器,以用于显示诊断数据、故障原因和调节结果。
下面以采用本发明提供的自动控制回路监测与诊断方法和系统对威海电厂进行智能检修诊断,分析研判电厂中自动回路指标,用于电厂日常热工自动化设备及软件的维护检修工作为例,对本发明上述提供的自动控制回路监测与诊断方法和系统的优点进行说明。
例如以再热减温水系统控制诊断为例,具体实施过程包括:
(1)通过MODBUS通讯从DCS获取再热减温水系统需要的诊断数据:再热器出口温度,再热器出口温度设定值,再热器事故减温器入口温度,再热器事故减温器出口温度,再热减温水调门指令,再热减温水调门反馈,机组负荷,各台磨煤机运行状态,总给煤量等。
(2)根据被控对象再热器出口温度控制建立被动控制模型,被控动态模型为:PV=G(s)*OP。
其中,s为拉普拉斯算子,G(s)为被控对象的传递函数模型,PID整定依赖于G(s),如图5所示。
计算减温水自动的投运率,即每24小时累积计算一次减温水投运的时间,除以24小时时间,计算出减温水的投运率,检验自动控制回路是否一直在投入,判断投运率是否合格,如果大于98%,判断为优良。
计算减温水自动的衰减率,当运行人员操作设置好设定值之后,在机组运行过程中,如因负荷变化,启动或者停止磨煤机等因素引起测量值再热器出口温度变化,这时就要计算自动控制回路动态指标。
其中,衰减率=(被调量再热器出口温度波动后第一个波峰-被调量再热器出口温度波动后的第二个波峰值)/被调量波动后第一个波峰。当衰减率在0.75-0.9之间的范围内时,则表示自动控制回路动态调节特性优良。
最大偏差=被调量波动后第一个波峰-设定值。对于减温水系统,最大偏差在±10℃以内的范围为合理范围,表明控制性能为优良。
稳定时间为被调量波动后到回到稳态设定值所用的时间,稳定时间决定了系统抑制干扰的速度。再热器控制系统中再热器出口温度最大偏差小于5℃,再热器出口温度稳定时间在30min以内为优良;再热器出口温度最大偏差大于5℃,再热器出口温度稳定时间在40min以内为优良。如果稳定时间过于长,则控制回路积分参数较弱,需要加强积分量,将积分时间改小,观察调节效果,如图6所示。其中,调节过程的显示界面如图7所示。
基于此,能够得到,本发明通过对DCS采集自动控制回路的数据后,对自动回路进行分析诊断,有利于提高电厂自动化运行水平,特别是电厂在设备大修和改动工艺系统后,控制系统的参数需要及时进行优化匹配,有利于电厂快速分析定位控制系统控制指标下降的原因,提高电厂检修人员检修维护水平,同时设备自动化水平提高后,减小维护人员和运行人员的劳动工作强度。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (9)
1.一种自动控制回路监测与诊断方法,其特征在于,包括:
获取自动控制回路的工作参数;
基于所述工作参数生成诊断数据;
基于所述诊断数据确定是否存在故障,若存在故障则基于所述诊断数据生成故障原因。
2.根据权利要求1所述的自动控制回路监测与诊断方法,其特征在于,所述基于所述工作参数生成诊断数据,具体包括:
采用时间绝对误差积分确定被调量和当前工作参数间的误差;
将所述误差量化为0-100的得分。
3.根据权利要求2所述的自动控制回路监测与诊断方法,其特征在于,基于所述诊断数据确定是否存在故障,具体包括:
当所述得分超过预设值时,判定为存在故障;
当所述得分未超过预设值时,判定为不存在故障。
4.一种自动控制回路监测与诊断系统,其特征在于,包括:
分布式控制系统,与每一自动控制回路连接,用于获取自动控制回路的工作参数,并用于基于所述工作参数生成诊断数据;
可编程逻辑控制器,与所述分布式控制系统连接,用于以一定的频率向所述分布式控制系统发送心跳信号,并用于获取所述诊断数据;
上位机,与所述可编程逻辑控制器连接,用于基于所述诊断数据确定是否存在故障,若存在故障则用于基于所述诊断数据生成故障原因。
5.根据权利要求4所述的自动控制回路监测与诊断系统,其特征在于,所述可编程逻辑控制器采用MODBUS通信协议与所述分布式控制系统连接。
6.根据权利要求4所述的自动控制回路监测与诊断系统,其特征在于,所述上位机通过以太网与所述可编程逻辑控制器连接。
7.根据权利要求4所述的自动控制回路监测与诊断系统,其特征在于,所述上位机中植入有诊断软件;所述诊断软件用于执行如权利要求1-3任意一项所述的自动控制回路监测与诊断方法。
8.根据权利要求4所述的自动控制回路监测与诊断系统,其特征在于,所述上位机还用于生成故障调节后的调节结果。
9.根据权利要求8所述的自动控制回路监测与诊断系统,其特征在于,还包括:
显示器,用于显示所述诊断数据、所述故障原因和所述调节结果。
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