化工过程智能故障诊断技术方法论的研究

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1、化工过程智能故障诊断技术方法论的研究第4卷第3期南京师范大学(工程技术版)Vo1.4No.32004年9月JOURNALOFNANJINGNORMALUNIVERSITY(ENGINEERINGANDTECHNOLOGY)Sep.2004化工过程智能故障诊断技术方法论的研究赵瑾,申忠宇(南京师范大学控制科学与丁程系,江苏南京210042)[摘要]动态系统故障诊断是解决现代化工,f系统可靠性和安全性必不可少的关键技术之一简要地讨论化工过程智能故障诊断技术的发腱状况和趋势后,根据化工过程智能故障诊断技术的特点,系统地对化工过程智能故障诊断技术的多学科特点以及技术策略方法进行研

2、究,强调其科学性,集成性,应用性以及渗透性,将分析与综合,定性与定量,假设与验证相结合等基本维方法应用到化工过程智能故障诊断中,形成化工过程智能故障诊断技术的方法论.[关键词]化丁过程,智能故障诊断技术.多学科,技术策略[中图分类号]TP277,[文献标识码]A,[文章编号]1672—1292一(2004)03-0018-050引言现代化科技的高速发展,使化工过程的生产结构,生产规模日趋复杂化,现代化和大型化,由此产生的故障机理也变得越来越复杂.因此从不同的学科和研究方向,以不同的技术手段,深入研究化工过程的故障机理,设计各种适应于化工过程故障检测与诊断技术并投入到实际应

3、用中,提高化工生产的安全性,先进性,可靠性,显得尤为重要.本文简要地探讨化】过程智能故障诊断技术的发展,系统地研究化工过程智能故障诊断技术所呈现多学科的特点和技术策略.1化工过程智能故障诊断技术故障诊断技术足一¨集现代控制理论,测控及信~-1-1处理技术,计算机技术,智能控制理论等众多理论的新兴综合性学科.近几十年来,动态系统的故障诊断技术理论和实际应用中都得到迅速发暖,出现r基于/f同原理的众多厅法,这些法在检测性能,诊断性能,分离性能,鲁棒性能等方面都仃很大的提高,有些领域已形成比较完整的理论体系结构如动态线H-:H,f不变系统,并发表r相应的论文和综述文't卜.f1

4、前公认的故障诊断方法分为3大类:j:定卡j!的方法,基于知识的方法和基于过f,史数的力'法(义称于信处理的法).化I牛:过址特殊的动态系统,r一般的川,t-.产,jLJ:1:境'常处于高温岛¨i,低温真空,有毒或腐蚀性等极端条件下,一旦发生故障则可能造成严重的危害和不可估量的损失,甚至威胁到人身安全.化工过程故障诊断是解决化工生产过程系统可靠性,安全性科学决策问题的关键技术之一.图1为化工过程的故障诊断过程,主要分为3大部分:(1)检测表征系统状态的各种特征信号;(2)对所检测的特征信号提取征兆,即信号处理和特征变换;(3)由征兆和其它诊断知识来识别系统的异常状态,对故障

5、进行判断,定位,并做出诊断决策,干预系统工作.化工系统状太堡笙堡呈.厂能量形式L盟壁堡兰.J装置物态形式特征信号征兆提取装置直接的物理状态指导诊断信息的进一步获取l薹1.1状态趋势1.—一—__1茎星棼薪曩叠r状态识别装置状态图1化工过程的故障诊断过程随着高新技术,新材料的发展及应用,为了最大限度提高生产效率和产品质量,导致化工过程的生产装置,控制装置,控制系统等向大型化,复杂化,智能化,一体化等方向发展,从而使产生故障的潜在可能性,故障的机理,故障形成的方式发生了很大的变化,造成化工过程的故障诊断实现的困难程度加大.因此,根据化工生产过程的特殊性,将计收确【【i:200

6、4一(【3介:,f196『一?..f研究,删教授,{从挣制理沦L一】动态系统的故障诊断技术以及钾能化,网络化控制装置的应用等,J的研IIILil:zh

7、¨l_…0…IlI_¨I一一】8一赵瑾,等:化工过程智能故障诊断技术方法论的研究算机技术,智能控制理论,优化理论,信号处理技术等新型综合理论技术应用在故障诊断系统中,形成化工过程智能故障诊断技术,近年来已成为国际过程系统工程学术界和工业界研究的热点之一,受到极大的重视.化工过程智能故障诊断技术是确保化工生产安全运行,维护管理以及提高企业经济效益的关键.基于定量模型的故障诊断方法以现代控制理论为基础,通过描述系统内部特性信息

8、的系统动态数学模型,利用Kalman滤波器方法,观测器方法,等价空间方法和参数估计方法等构造反映故障信息的残差,以相应的统计分析和决策方法,实现故障检测与诊断.但是这些技术在化工过程故障诊断的应用中存在着一些问题:(1)难于建立精确的动态系统数学模型;(2)化工过程的非线性特性;(3)建模过程中的不确定性因素;(4)各种扰动和噪声等;使基于定量模型的故障诊断方法在化工过程中应用中遇到许多难以逾越的障碍.目前基于定量模型的故障诊断技术研究的重点在于:首先如何运用智能控制理论,优化理论,混沌理论以及遗传算法等不断涌现的新型理论,提