故障檢測與診斷匯總十篇

序論：好文章的創作是一個不斷探索和完善的過程，我們為您推薦十篇故障檢測與診斷范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質，帶來更深刻的閱讀感受。

篇（1）

1.數字電路出現故障的常見的原因

數字電路是處理和變化這些離散信號的電路，工作原理主要是應用兩個元器件來表示離散信號，其中的每一個元器件的參數值都有很大的差異，所以在實際的應用的時候，數字電路雖然能夠發揮很強大的功能，但是數字電路出現故障的狀況是一件十分常見的事情，下文詳細的介紹數字電路出新故障的原因。

1.1 數字電路元件出現老化造成故障

任何東西在長時間的使用之后都會出現或多或少的損壞，其中數字電路中使用的材料都是金屬材質，在長期的使用過程中，電路元件變得老化，電路材料參數性能也逐漸的下降，使得數字電路受到天氣以及溫度等狀況影響變大，非常容易造成數字電路出現故障。

1.2 數字電路元器件出現接觸不良的狀況造成故障

數字電路由于接觸不良而出現故障是最常見的問題，造成數字電路接觸不良的原因是多種多樣的，數字電路在日常生活中的使用經常會出現非專業人士保管不善，或者是電器的外殼損壞導致數字電路的元件長時間的暴露在空氣之中，造成數字電路出現進水或者是電器內部的焊點被氧化的狀況，這些問題的出現都會導致數字電路出現故障。

1.3 數字電路設備所處的工作環節不穩定造成了故障

數字電路的安全使用是需要一定的環節條件的，但是在實際的應用中，電路設備的使用環境并不是十分的完美，數字電路所處的工作環境時常達不到設備工作的狀態，例如實際的溫度、磁場的改變等等，這些因素都會導致數字電路發生故障，導致數字電路不能正常的工作。

1.4 數字電路內的元件過了使用期造成故障

數字電路內部的電路元器件都存在著保質期的，關于保質期的常識并不是所有的數字電路的使用者都了解的，所以造成故障也比較常見。數字電路內的元器件只有在規定的年限內才能發揮出最佳的效果，倘若元器件過了使用期限，數字電路內部會出現超負荷的狀況，元器件也會出現老化、性能降低等現象，導致數字電路故障的發生率增加。

2.數字電路故障檢測與診斷的方法

2.1 采取有效的方法將故障檢測的過程與診斷這兩個過程分開

在對數字電路進行故障檢測之前，應當先對數字電路常見的故障的特征進行了解，在對其中一些基本特征進行對比之后，可以盡可能的縮小數字電路故障排查的范圍，當然在初步對比故障的基本特征之后并不能武斷的確認數字電路的故障，而是要進一步的進行診斷，使得這兩個過程能夠有效的隔離。使用邏輯檢測與診斷對數字電路中出現的故障進行初步的確認。例如：當數字電路的信號消失之后，可以借助檢測探頭在電路的連接點上進行檢測與診斷，也可以在發現數字信號之后能夠使用脈沖存儲器進行存儲，可以有效的縮小數字電路的護長范圍。

2.2 使用分塊測試法對數字電路進行診斷

目前對于數字電路中出現的故障檢測方法中最常使用的方法就是直接觀察法，使用直接觀察法進行故障檢測，故障檢測的準確率有所下降，對于故障的排查以及處理的效率很低，所以采用分塊檢測法是代替直接觀測法最有效的方法。使用分塊測試診斷法的時候，應當對數字電路的設計結構有一個初步的了解，并根據電路的實際情況，將電路分為若干個獨立的電路，分別進行通電測試，通過觀測結果對數字電路的故障狀況進行分析，之后便可以提出具有針對性的數字電路的故障的解決方法，能夠有效地提高數字電路故障檢測與診斷的效率，在復雜的數字電路的故障檢測與診斷中應用也十分的廣泛。

2.3 使用電阻檢測診斷的方法進行診斷

在日常的使用中，數字電路一旦出現任何的異狀的時候，首先需要做的就是要切斷電源，之后進行短路與否的檢驗，這時候最常使用的方法就是使用電阻檢測診斷法。電阻檢測法能夠有效的檢測出數字電路底板內部和電路連接之間是否有接觸不良或短路的狀況，在使用此方法的時候操作過程非常的簡單，即便不是專業的電路維修人員也能夠輕松的完成數字電路故障檢測的事情。使用電阻檢測法的時候，一定要注意的就是用電安全，在切斷電源的基礎上進行檢測裝置的設計安裝，之后再一一進行故障檢測。

2.4 使用波形檢測方法進行故障檢測

波形檢測診斷方法對數字電路進行故障的檢測以及診斷對于檢測人員的專業素養要求很高，要求維修人員能夠熟練的掌握電路維修的相關的理論知識和擁有一定的實際操作經驗，熟練地使用示波器觀察電路故障檢測過程中所反映出的波形，也就是數字電路故障檢測過程中在示波器上顯示的數字電路板的各級輸出波形的狀況，觀察示波器上所出現的波形是否表現正常，在這樣的過程中得到的數字電路故障檢測的結果更加的具有科學性以及具有說服力，在使用波形檢測診斷法進行數字電路故障檢測的時候，數字電路內多數是脈沖電路，由于脈沖電路的復雜程度，其他的檢測方法并不是十分的準確與科學，所以波形檢測診斷法形成的檢測結果更加的準確，在進行故障檢測的過程中對于維修人員的安全保障性能也是最強的，不僅提高了數字電路故障檢測與診斷的效率，也有助于制定數字電路維修策略，制定的策略也更加的具有針對性。

3.總結

當今時代科學技術飛速的發展，對于數字電路的研究的投入也變得更大，數字電路在生活中的使用也變得更加的普遍，但是數字電路的使用出現的問題也困擾著現代人，所以為了更好地使用數字電路，提高使用效率，就一定要選擇有效的方法對于數字電路中出現的故障進行檢測與診斷，因此應當針對數字電路產生的原因進行研究，并且積極地進行故障檢測的技術，使得數字電路的使用能夠更加順時代的發展，使得數字電路能夠為現代人們的生活提供更多的便捷服務。

參考文獻

篇（2）

中圖分類號[U8] 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2011）50-0144-01

機場助航燈光系統是飛機飛行安全的保障，是機場非常重要的一個目視助航設備。在一個中型的機場中，其助航燈光包括了跑道中線燈、跑道邊燈、進近燈、末端等、順序閃光燈、坡度燈等共計上千盞燈。機場助航燈光系統保障著飛機的安全起降，安全問題不容許絲毫的差錯，助航燈光系統是否完好無損十分關鍵。在實際機場應用中，如何保證助航燈光系統的正常工作，如何及時的檢測助航燈光系統的故障，也就變成保障安全的大問題。助航燈光系統中自動監視功能就可以很好的滿足這一要求。我國目前較大規模機場使用的都是國外的助航燈光巡檢系統，自己在助航燈光巡檢監控系統方面的研究還沒能形成成熟的系統，不能在實際中應用。不斷學習，努力探索，尋求自己的助航燈光故障診斷系統，解決國內機場的燃眉之急。

1 助航燈光故障檢測

助航燈光故障的檢測主要通過自動監控，實行遠程巡檢，它的主要硬件設計包括了單片機、過零檢測模塊、模數轉換模塊、調制及隔離變壓器模塊、晶閘管驅動模塊、進水檢測模塊、串口通信模塊、單片機模塊等。

1.1 燈暗檢測和燈泡開路檢測

燈暗檢測實際上就是對燈電壓進行檢測，檢測燈泡兩端的電壓。檢測燈電壓可以判斷燈泡的輸出功率，在使用6.6:6.6的隔離變壓器時，一次測電流和二次側電流是相同的。燈泡兩端的電壓反應了燈泡輸出功率的大小，是判斷燈暗的一個替代參數。燈暗的原因要么是燈泡經過長時間的使用，老化使得電阻減少，電壓降低，從而導致燈暗。要么是燈泡中的燈絲出現靠絲現象，使得線圈被短路減小電阻，降低兩端電壓，減少功率，導致燈泡發暗。而燈泡開路檢測則是對燈泡電流大小的檢測。一個比較穩定的干路電流在隔離變壓器的一次側流過時，如果二次側有正常的負載也會流過一個比較穩定的電流。當開燈光級設置越低時，電流越?。换騽t當負載的電阻越小時，電流越大。燈泡在使用過程中，新舊程度對電流的影響不大。而燈泡處于開路時，其負載電阻無窮大，電流就會急劇減小。在這一特點作用下，二次側電壓升高達到一定的數值時，通過對電路電壓進行采用就可以判別燈泡是否斷芯。

1.2 上行信號的調制

上行信號是指遠程巡檢單元向主控制單元上傳的信息，這是燈光巡檢中遠程巡檢單元和主控制單元之間通過調解和調制進行的有效通信中的一個方向。調制信號頻率是工頻50Hz，所以調制信號可以跨過隔離變壓器，然后上傳回主控單元。

1.3 上行信號的解調

經過電壓互感器采樣，然后經信號調理電路把調光器回路電壓分為兩路，一路過零檢測電路，進入單片機；另一路經差分放大器處理，然后進行模數變換。進行采樣12次，時間在2ms內。12次數據分為4組值，每組數據求一個平均值。所得的3個平均值分別與單片機中預先計算好并存儲起來的對應數據進行比較，有調制的信號，其數值相比沒有調制的信號明顯要小。在差處理下，就可以得出“1”、“0”信息。

2 助航燈光故障診斷系統設計

2.1 主控單元解調程序

主控單元過零檢測電路實時檢測正過零點后，經過P3.3通道信號向單片機請求中斷，然后執行中斷程序。單片機讀取轉換值，2ms內進行采樣12次，所得到的結果分成每組4個數據的3組，每組數據求其平均值，然后把求得的平均值與預先計算好并存儲好的數值進行做差處理，如果差值大于設定值則為“1”，否則為“0”。重復過程3次，如果得到3個結果均為“0”，則說明沒有下達命令；如果得到3個結果均為“1”，則說明肯定有下達命令；如果得到結果中有一個為“1”，則返回，要求上位機重新發送命令。

2.2 遠程巡檢單元調制程序

由P1.0和P1.2發送信號，經P3.7通道把正過零點后信號送入單片機，觸發晶閘管開關。由于電壓上加載了調制信號，所以電壓輸出就產生了畸變。

2.3 遠程巡檢單元故障定位程序

一個周期定位50ms，每個周期采樣10次，每次采樣之間間隔10ms，結果存放在寄存器中。每個周期采樣的10次結果計算平均值，然后與設定的值作比較。在比較中，采樣結果大于或則等于設定值，則燈已經損壞。

3 實際應用中的實驗與結果

選擇機場進近燈做燈泡斷絲實驗，結果實驗的6盞燈判斷全部正確，沒有一盞誤報。而燈暗實驗中，電壓波動率在5%以下，也基本能滿足實際應用的要求。進水實驗中，通過實驗人員的實地檢查，檢測到進水的隔離變壓器桶，其進水深度確實達到了設定值，而沒有檢測到進水的隔離變壓器桶，則均未發現進水現象。以上實驗結果表明，助航燈光故障檢測準確度高，傳輸數據準確，電源足夠穩定，操作靈活方便，在實際機場的應用中，能基本滿足助航燈光故障檢測與診斷的要求。

4 討論

當然，筆者僅僅是從助航燈光故障檢測的基本原理出發，淺顯探析了其故障檢測的方面。而實際應用中的助航燈光故障檢測，要復雜多樣得多，需要研究人員進一步探索，進一步完善才能達到實際應用的客觀要求。而助航燈光故障診斷系統的設計，筆者更是僅僅點出了其大致的工作原理，要達到實際設計應用的要求，還需要全面細化，落實到細節，以及具體程序的編寫和完善工作。

篇（3）

高壓開關柜是配網的重要設施，對電網安全可靠的運行起著重要作用，隨著經濟的發展，電網也在飛速的發展，加之變電站無人值班管理模式和綜合自動化的普及，高壓開關柜的安全運行越來越重要，因此迫切需要高壓開關柜具有高可靠性,并能在線檢測故障,避免局部放電事故發生。局部放電分為內部、表面和電暈放電，并主要以電磁、聲波和氣體形式釋放能量，這些是絕緣性能檢測的主要信號。

1.檢測方法

1.1 超聲波檢測

局部放電是一種快速的電荷釋放或遷移過程，當發生局部放電時，放電點周圍的電場應力、機械應力與粒子力失去平衡狀態而產生振變化，機械應力與粒子力的快速振蕩，導致放電點周圍介質的振動，從而產生聲波信號。放電產生的聲波頻譜很寬，可以從幾十赫到幾兆赫，放電強度的大小決定了電場應力、機械應力和粒子力的振蕩幅度，直接決定了振動的程度和聲波的相度。

聲能與放電釋放的能量成比例，雖然在實際中各種因素的影響會使這個比例不確定，但從統計角度看，二者之間的比例關系是確定的。從局部放電的機理可知，局部放電初期是微弱的輝光放電，釋放的能量很小，后期出現強烈的電弧放電，此時釋放的能量很大，局部放電的發展過程中釋放的能量是從小到大變化的，所以聲能也從小到大變化。

根據球面波的聲能量式可知，在不考慮空氣密度和聲速的變化時，聲能量與聲壓的平方成正比。根據放電釋放的能量與聲能之間的關系，用超聲波信號聲壓的變化代表局部放電所釋放能量的變化，通過測量超聲波信號的聲壓，就可以推測出放電的強弱。

1.2 TEV檢測

當高壓電氣設備發生局部放電時，放電電量先聚集在與放電點相鄰的接地金屬部分，形成電流脈沖并向各個方向傳播。

脈沖電流的透入深度與頻率的平方根成反比。高頻局放電流只在導體表面傳輸。對于內部放電，放電電量聚集在接地屏蔽內表面，因此如果屏蔽層是連續的，則無法在外部檢測到放電信號。但實際上，屏蔽層通常在絕緣部位、墊圈連接處、電纜絕緣終端等部位因破損而導致不連續，高頻信號因此傳輸到設備外層而被檢測出來。

因放電產生的電磁波通過金屬箱體的接縫處或氣體絕緣開關的襯墊傳播出去，同時產生一個暫態電壓，這個電壓脈沖稱為暫態對地電壓（TransientEarthVoltage，TEV）。

TEV的檢測原理見圖1，高壓電氣設備的對地絕緣部分發生局部放電時，導電系統對接地金屬殼之間有少量電容性放電電量，通常只有幾兆分之一庫侖，放電持續時間一般只有幾納秒。因為電量等于電流乘以時間，一次放電1000pC，持續10ns，就產生100mA的電流。對于持續時間那么短的放電脈沖，被測設備就不能看作是個整體，而應看作是傳輸線，其電氣特性由分布電容和電感決定。此時，可以將地看成一個金屬板，縫隙所處的位置看成另一個金屬板，縫隙與地之間的距離為傳輸線。

當發生局部放電時，電磁波從放電點向外傳播，電流大小與這些電磁波產生的電壓有關。電壓等于電流與路徑阻抗的乘積。在不考慮損耗的傳輸線上，阻抗滿足下式：

式中的L和C是傳輸線單位長度的自感和電容，ZO的數值變化很大。通過研究可知，單芯10kV電纜約為10Ω，35kV金屬外殼的母線室大約70Ω。因此，1000pC的放電可產生對地1-7V持續10ns的電壓。電壓脈沖在金屬殼的內表面傳播，最終從開口、接頭、蓋板等的縫隙處傳出，然后沿著金屬殼外表傳到大地。這樣，使用電容耦合式傳感器就可檢測到放電信號。

研究發現，局部放電產生的TEV信號的大小與局部放電的激烈程度及放電點的遠近有直接關系，可以利用專門的探測器進行檢測。通過檢測局部放電產生的TEV信號，不僅可以對運行中開關柜內設備局部放電狀況進行定量測試，而且可以通過同一放電源到不同探測器的時間差，對局部放電點進行定位。

2.開關柜絕緣性能故障檢測診斷系統

這一系統的檢測技術在原理上是一種比較性的檢測技術。某個開關柜上的檢測結果應與其以前的檢測數據或其它同類型的開關柜所檢測的數據進行比較，如果檢測數據大于其它同型號開關柜或以前的結果，說明該開關柜存在放電活動，進而推斷故障的可能性。因此，需要有相當的設備運行經驗，才能根據技術檢測結果分析設備絕緣材料還能維持運行的時間。

記錄每次設備故障的詳細情況有助于分析判斷放電活動對設備的影響。整個系統可分成3個子系統：

（1）被檢測設備和傳感器，處于開關室現場。

（2）信號預處理和數據采集子系統，一般集成在主機中，也處于現場。

（3）數據處理和診斷系統，實際為1臺PC和數據存儲分析軟件，處于主控室。

3.檢測數值的動態判據

3.1統計分析與趨勢分析

統計分析法是在同一開關室內開關柜局部放電檢測時，對相關條件下的TEV檢測數值和超聲波檢測數值進行分類統計，從而得出初步判斷依據?，F場影響局部放電測量結果的因素有很多，如工作電壓、放電種類、絕緣材料、負載、機械運動、環境條件、干擾、開關柜制造廠家及類型等，所有因素都可能造成檢測結果的誤判，在現場測試時必須加以考慮。

趨勢分析是對同一開關柜不同時間的測試結果進行分析，按月、季、年從統計分析中得出開關柜局部放電的趨勢。在分析過程中，還應分析影響局部放電的細微波動對TEV檢測數值和超聲波檢測數值的變化，主要分析內容有負載的變化、環境因素波動、干擾波動、時間變化等。

3.2 動態判斷依據

結合統計分析、趨勢分析和初步判斷依據，可以對開關柜局部放電進行動態的判斷分析，具體步驟如下：

（1）初始判據的判斷。對當地所有N面開關柜的故障情況進行統計，按照統計結果計算出故障率為a％。

（2）統計分析。對當地所有N面開關柜局部放電情況進行普測，取其中檢測數值最大的N×a％面開關柜，然后再取這N×a％面開關柜中數值最小的作為比較值A。

（3）趨勢分析。在一段時間間隔（一個月、一個季度或一年），再次對所有N面開關柜進行普測，取其中檢測數值最大的N×a％面開關柜，然后再取這N×a％面開關柜中數值最小的作為比較值B，將B與A進行比較。

（4）比較分析。對于B與A的比較，可分為以下幾種情況：

若B

若B>A，有以下幾種因素可以考慮：開關柜負荷可能有所增加；背景干擾嚴重程度進一步加重；溫度、濕度狀況進一步惡化；開關柜的污穢情況進一步惡化。

若B=A，主要是開關柜負荷、背景干擾、溫度、濕度狀況、開關柜的污穢情況大體相同，開關柜運行狀況比較平穩。

（5）確定判據值。最終根據開關柜常年運行的情況確定A或B值為判斷依據，由于開關柜周圍環境等因素對局部放電都有影響，因此，在確定判斷值時要考慮±2dB的誤差。繼續按照步驟一到步驟五的順序進行判斷數據的確定，最后經過長時間的比較，建立起本地區開關柜檢測的數據庫，最終確定一個作為指導性的判斷數值。

綜上所述，動態判據診斷是一個長期的過程，需要根據實際情況進行縱向和橫向的對比分析，以做出正確的判斷。

4.結論

基于超聲波和TEV技術的高壓開關柜局部放電檢測定位技術，改變了電氣設備傳統的局部放電測試方式，為電力系統的電力設備狀態檢修提供了可靠的技術數據，是一種實用、有效的檢測技術。檢測裝置具有以下優點：

（1）裝置的投入使用不改變和影響電力設備的正常運行。

（2）能自動連續進行檢測、數據處理。

（3）具有自檢和報警功能。

篇（4）

中圖分類號：TP277

文獻標識碼：B

文章編號：1004―373X(2008)04―115―03

1　引　言

隨著對控制系統可靠性要求的提高，FDI已成為一個活躍的研究領域。在控制系統FDI技術的研究中主要有基于模型和基于知識2種途徑，其中基于模型的方法是利用控制系統模型內在的解析冗余度構造某種殘差，通過對殘差的分析與評價實現故障的檢測與隔離。由于在絕大多數實際的控制系統中，總是存在或多或少諸如建模誤差、噪聲干擾等不確定性因素，因此基于模型的故障檢測與診斷技術(FDI)對這些不確定性因素的魯棒性是一個至關重要的問題，并日益引起了人們的重視。魯棒故障診斷指的就是在建模不確定的情況下，故障診斷系統能在一定程度上區分擾動和故障，仍然以較好的性能診斷出故障。本文針對具有未知擾動輸入的飛行控制系統，運用特征值配置設計了一種用于故障檢測和診斷的觀測器，他通過對觀測器進行左特征向量的配置使得殘差與干擾分布方向正交。通過這種方法，殘差信號得以對干擾具有魯棒性。最后通過實例在Matlab下進行仿真，仿真結果驗證了該方法的有效性。

2　基于特征向量配置故障診斷方法

3　算法步驟

用左特征結構配置方法對干擾進行解耦進而產生殘差的具體設計算法如下：

(1)計算殘差加權矩陣Q，使得QcE＝0；

(2)確定觀測器的特征結構：按照希望動態殘差性質選取合適的特征值，并保證QC的行均為觀測器的p個左特征向量，其余的(n－p)左特征矢量的選擇則可以產生好的診斷效果為準。以上闡述運用左特征向量配置對干擾直接解耦的理論和設計方法，若左特征矢量的配置條件不易滿足，還可以考慮進行觀測器的右特征矢量的配置。

這樣做的優點在于Q取值的改變不會影響K的取值。

篇（5）

近年來隨著建筑不斷增多，對暖通空調系統應用提出了更高要求。保障暖通空調系統運行安全、穩定，實現優質、節能運行是目前該系統的主要問題。在暖通空調系統日常應用中，常出現不同類型故障影響系統運行，當診斷調試后仍可能出現故障，直接造成資源浪費，降低室內空氣質量。因此，針對暖通空調系統加強故障檢測與診斷至關重要。

本文將結合暖通空調系統自動故障檢測與診斷的常用方法，并對該系統故障檢測與診斷技術發展目標及方向進行總結，為進一步加強暖通空調系統故障檢測與診斷技術應用提供理論參考。

1 暖通空調系統故障檢測與診斷常用方法

（一）直接方法

直接方法主要是指在暖通空調系統運行中，以不同的輸入、輸出參數為依據作為故障檢測基本癥狀，直接將這些癥狀輸入分類器中。利用預期設置完成的分類策略對分類器中癥狀進行具體分類，即對系統故障進行分類，再以此為依據作出準確故障診斷結果。該故障檢測與診斷方法常用于分類器設計中，較常見的分類方法如專家規則、貝葉斯分類法等等。利用這些具體方法可有效實現對設備自動故障檢測與診斷，效果良好，操作便利，診斷數據較準確。

（二）間接方法

間接方法主要是指通過系統模型預測，該方法的應用前提條件是要先設立正常系統運行條件，并對已經確定的故障進行系統建模。在此基礎上構建標準化模型系統，進而展開進一步針對性預測，再將預測結果所得參數與實測參數對比，將對比后偏差作為輸入參數，再輸入至分類器，確定故障類型。其分類方法包括貝葉斯分類法、故障樹與神經網絡法等等。其主要建模方法則為回歸法等。

2 暖通空調系統故障檢測與診斷技術研究與發展

傳統暖通空調系統故障檢測與診斷技術進依靠手提式診斷器檢測，通過技術人員利用工具進行維修檢驗，以一臺儀器對多個系統進行檢測，并利用高精度配置傳感器進行輔助檢測，提高暖通空調系統故障檢測效率。但該檢測與診斷方法的不足在于無法實現在線檢測，不能對系統動態運行情況進行反映，因此在故障處理后不能立即發揮效用。隨著技術不斷提升，以及應用需求不斷提高，暖通空調系統故障檢測與診斷技術中融入了保護系統，利用對設備啟停操作確定故障檢測，例如，暖通空調的制冷系統達到其壓力上限時，應對該制冷系統進行中止操作，檢測設備保護系統的應用則能夠對制冷設備進行故障檢測，并明確診斷其影響原因。

這種故障檢測與診斷技術的應用對保障系統穩定，延長系統使用壽命有著重要作用，同時對保護系統安全也起到積極作用。但在故障檢測與診斷系統中應用這匯總安全系統僅局限與出現較嚴重故障的設備檢測與診斷，對系統繼續惡化起不到有效監測與動態控制作用，因此會造成設備因嚴重故障無法有效修復，延長維修周期，造成資源浪費。

為進一步提高暖通空調系統故障檢測與診斷技術，應充分結合技術理論及經濟性理論，在提高系統整體可靠性的同時，提高暖通空調系統節能性，有效降低暖通空調出現故障的幾率，提升暖通空調應用質量及壽命。在今后的暖通空調系統故障檢測與診斷技術發展過程中，從幾個方面進行強化研究：

（1）經濟性角度。故障檢測與診斷技術在今后的強化研究中應更加注重經濟效益，進一步為人們帶來應用保障。加強自動故障檢測與診斷技術和暖通空調系統的結合，最大限度利用系統元器件，減少對故障檢測與診斷系統的改動。

（2）可靠性角度。故障檢測與診斷技術在暖通空調的應用中會受到多種因素影響，造成其他不可預見為題，所以要加強對故障診斷與檢測技術的可靠性，最大限度避免降低設備錯誤警報，避免出現造成干擾，提高暖通空調運行保障。

（3）理論角度。暖通空調屬于較復雜的服務性制冷設備，運行過程中受多種因素干擾，因此故障檢測與診斷技術的應用應趨向簡單、實用性高等方面，以保證其運行穩定。因此，通過加強理論驗證與研究正式滿足這一要求的必要性十分重要，以切實有效為暖通空調系統運行提供理論保障。

3 結語

綜上所述，針對暖通空調系統加強故障檢測與診斷對保證系統正常運行，提高室內空氣質量有著重要作用。為進一步提高暖通空調系統故障檢測與診斷技術，應充分結合技術理論及經濟性理論，在提高系統整體可靠性的同時，提高暖通空調系統節能性，有效降低暖通空調出現故障的幾率，提升暖通空調應用質量及壽命。同時加強故障檢測與診斷技術研究，對進一步推進我國暖通空調系統創新發展也有著重要意義。

參考文獻：

篇（6）

一、暖通空調系統故障原因分析

暖通空調系統是由多種設備組合而成的，其中系統設計時應用到了多個學科的技術，如熱力學、流體力學等。暖通空調系統在運行時，各種設備的參數相互配合，共同完成對建筑物的采暖、調節空氣的作用。暖通系統的復雜性增強了故障發生的機率，同時各種故障的相互影響，也會造成新的故障。暖通空調系統應用到多種空調設備，這些設備之間互相用管道進行間接，關聯性特別強，如果某種設備出現故障，也會影響其他設備的運行，從而影響整個暖通空調系統性能和功能發揮。

暖通空調系統發生故障后，可能會造成整個系統故障的連鎖反應，影響其他設備正常運行，這樣也會造成故障檢測和診斷帶來困難。大范圍的參數變化讓維修人員不容易找到故障原因，難以分清數據和參數的變化因素，因此很難做出準確的診斷結果判斷，給系統為診斷維修造成了較大的困難。由于暖通空調設備中傳感器設置較少，很多故障發生卻不能夠用準確的數據和圖片表達出來，會給系統管理者的故障檢測帶來較大的困難，很多故障只有在發生后通過各種手段檢測出來，不能夠做好故障預防，不利于暖通空調系統正常運行。

二、常用的故障檢測和診斷方法

（一）通過案例進行故障檢測和診斷。暖通空調系統的故障主要分為硬件故障和軟件故障，在故障發生時要根據實際情況進行處理。在故障發生時，如果不能立即得出診斷結果，可以根據故障發生的細節，在暖通空調故障知識庫和相似的文件和資料中找到故障的原因，從而根據提示做好故障檢測和診斷工作。暖通空調數據庫內包括很多故障案例，檢測者可以通過檢索找到自己需要的內容，但是由于實際上的故障可能會有很多交叉故障產生，因此出現的現象與案例分析中的結果會有一定的差異，因此不能夠對故障檢測的結果立即確定，因此造成了故障診斷不迅速，這個方式還是有一定的局限性。

（二）通過推理而得出診斷方法。每一種故障發生時都會表現出不同的征兆，如硬件故障則會使機械停止運行或發生一定的聲音提示等;有經驗的診斷者就會根據系統故障的現象，推理出故障的具體地方及原因，從而做出相應的診斷措施。暖通空調系統故障時，也會有一定的數據紊亂的提示，這也能作為故障檢測的評判標準，通過數據推理，將不清晰的提示內容加以整合，從而獲得較準確的結論。通過推理，雖然也能夠實現故障檢測與診斷，但模糊的信息有時候也會產生錯誤的偏差，因此也會造成錯誤推理，因此要綜合實踐進行分析，從而使故障檢測與診斷更加準確[1]。

（三）建立故障樹診斷。暖通空調系統會因運行目的不同而造成的故障不同，在系統故障設計時，可以利用計算機的樹形模型進行故障的排序和分類。在設置中，采用漢字提示，具有相應的菜單提示和編輯方式，方便故障的監視和診斷。在故障系統設置時，根據故障結果進行分類，在每個系列中各自按照相應的故障原因，對每一個故障進行相應的編號處理。在暖通空調系統出現故障時，將根據每一個編號的所處的故障系列，進行相應監視和診斷，在數據庫中對應具體的位置，從而找到故障的源頭。故障樹診斷通過檢索找到故障源頭，從而對故障做出診斷，但當暖通空調系統較大時，故障模型也會相應復雜，因此給系統設計者帶來了困難[2]。

（四）通過神經網絡進行故障診斷。由于機械運行時可能會同時引起多個故障，造成暖通空調系統故障復雜化，因此采取神經網絡故障可以實現部分故障的檢測和診斷。神經網絡故障是利用神經元的作用，將大量的神經元應用于系統設計中，并對神經元進行設置，使神經元之間相互聯系，建立成網絡系統實現故障診斷。神經元是數據傳遞的紐帶，通過大量的數據樣本不斷完善神經網絡的功能，使每個故障在神經網絡系統中都能夠有顯示，最終實現故障檢測和診斷的功能。神經網絡設計過程中不需要建立物理模型，而且對非線性的問題有著較大的優勢，因此被應用于故障檢測和診斷中。

（五）傳感器和軟件診斷。隨著科學技術不斷發展，對暖通空調系統的診斷方式更加科學化。傳感器診斷是自動化診斷的一種方式，主要利用傳感器實現機械運行時各個參數的變化，以達到正常運行的目的。暖通空調系統故障檢測利用到傳感器，可以實現故障自動檢測，提高了檢測效率和診斷速度。在暖通空調系統診斷中，軟件診斷也發揮了重要作用，通過對系統的全面檢測和修復，維護系統安全。

結語：暖通空調系統在運行時出現的故障會對整個系統的穩定造成較大的影響，因此要加強系統檢測和診斷的能力。隨著科學技術不斷發展，各種故障檢測和診斷方式應運而生，讓故障維修更加簡單，也促進了整個系統的安全和穩定。

篇（7）

中圖分類號：TB657文獻標識碼： A

在與商務行業有關的建筑物中，因為設備的維護方式不當、功能受損、以及控制操作方法錯誤等情況而引發嚴重耗能，大約在15%～30%左右，HVAC系統發生故障或者傳感器性能出現問題都會使室內舒適度降低，同時使建筑物能耗增大，所以，嚴謹而精準的檢測和操作是系統正常工作的基礎，也是數字化和最佳化操作得以實施的首要前提，當系統因出現故障而不能正常運行時，檢測人員應能及時精準地查找出故障發生的原因和位置，并在檢測工作和處理工作完成后還要采取一些預防措施和手段，目的就是避免該類問題的再次發生，進而降低故障發展率并且提高故障處理的時效性和穩定性。

1 暖通空調系統故障原因及常見故障

1.1 故障原因

HVAC系統包含了很多設備和參數，并且大部分參數都是互相關聯的，這樣就使整個系統變得十分復雜，增加了故障之間的連接性和影響性。多個種類的空調設備通過管道連接而形成關聯性和影響性極強的HVAC系統，倘若這個系統中有任何一個位置出現問題、發生故障，都會對其他設備的運行情況產生影響，進而牽連到整個系統的穩定運行和控制性能。比如說在蒸汽壓縮制冷過程中，假如冷水泵正常運行受到干擾，流量降低，使制冷機蒸發器的進水量減少，進而降低蒸發壓力和溫度，使系統的整體功能受到影響，甚至會損壞壓縮機等設備。因為HVAC系統系統出現故障時會產生連鎖反應，某個設備發生故障時會干擾和阻礙其他設備的運行，涉及的參數變化范圍非常廣，因此，當故障產生時極不容易判斷和查找出故障的具置，也不容易分析出參數和數據的因果性，加大了故障診斷的難度系數。另外，一般的HVAC系統中所包含的傳感器數量極少，因此缺少傳感器帶來的數據和信息，降低系統的監測性，而且，HVAC系統所整合數據比較多也比較復雜，通常都會給系統的控制者增大管理難度，由于系統所產生的數據和信息不能通過圖案和文字直觀的表現出來，其多變性較強，而這些數據信息最終都是由人工來進行處理和分析的，對故障的檢測和診斷器械和軟件也必須通過人來判斷，還有就是系統的控制者比較容易忽視的故障和隱患，盡管這些故障不能干擾系統的穩定運行，但也許會有帶來一些不確定問題。

1.2 常見故障及其后果

空調系統故障產生的原因有很多種， 任何部件都有發生故障的可能，19世紀末期曾有人指出對于全封閉式蒸汽壓縮空調系統來講，超過一半的故障都是由電氣故障而引發的，而接近20%故障都屬于機械類故障，很少的一部分故障由管路和開關部分引發的，而電氣故障中85%左右是因為電動機損壞引發的。

暖通空調系統故障大都不會引發大型的安全事故，最主要的影響就是使室內舒適度降低和增加系統耗能，美國有大量關于HVAC系統的報道，指出在美國地區有很多建筑因HVAC系統運行不當而使建筑耗能劇增。

2 故障特征及分類

暖通空調系統的故障大體可分成兩大類：硬故障和軟故障，既有局部性也有全面性，對整個HVAC系統的影響大小也不盡相同。硬故障是指機械設備和運轉部件完全喪失功能所產生的故障，例如皮帶斷裂、傳感器失效、閥門不受控制和風機停止運行等故障。從故障產生時間的角度分析，這些故障應當歸為突發故障，且故障影響效果比較嚴重，所以檢測和診斷的難度系數不大。軟故障的實質是說設備和部件的機械功能降低或局部失效等，比如部件或管道結垢、堵塞，局部泄露、儀表穩定性降低等等。軟故障基本都是循序漸進的，在產生的最初時期所表現的特征不太明顯，因此在初級階段很難被發現，實際上，這類故障的產生是因為系統參數漸漸惡化，從某方面或者某種角度來講，軟故障的危害性要遠遠大于硬故障的危害性，所以，軟故障的監測力度要適當加強，并且要做好預防工作，這對空調系統的正常運行的重要性是不言而喻的。

暖通空調在運行一段時間之后，系統故障的產生一般都是偶然且不確定的，所以，故障的屬性具有任意性，且發展情況與平衡過程具有隨機性。從HVAC系統整個結構入手分析，所涉及的設備都是由子設備和基礎構件按照一系列的標準組合而成的，層次性和系統性極強，所以故障產生時就會因為層次深度的不一樣而造成不一樣的影響。除此之外，考慮到系統是由多個相關的子設備綜合而成的，一些子設備發生故障也可能是因為其相關環節或者設備產生故障而引發的，這種現象稱為故障的傳導性。根據系統故障產生的位置不一樣，既可以說是設備故障也可以說是傳感器故障，既可以說是硬故障也可以說是軟故障，因為這些故障參雜在一起很難分辨，所以空調系統的診斷和檢測就十分的復雜。

3 常用的故障檢測與診斷方法

3.1 基于案例的故障診斷方法

通過查找知識庫和相關資料找到空調問題的解決辦法，通常包含故障案例的檢索、表達和學習等一系列過程，這類故障的檢測和診斷要結合很多相似案例，但是因為故障的產生的確定性極低，所以案例的應用的局限性也較強。

3.2 基于模糊推理的故障診斷方法

利用大量的經驗和模糊性較強的數據而構成的信息庫，再依照模糊性較強的邏輯整合成綜合性評判標準，整體思路也比較不清晰，因此，對數據的判斷和整理也比較模糊化。

3.3 基于故障樹的診斷方法

檢測和診斷過程要從系統最終故障入手，采用倒查的方法依次排查故障，這種故障檢索比較全面和完整，但是假如系統過于龐大，所以故障樹的建造規模也比較大，其整個系統也比較復雜。

3.4 基于模式識別的故障診斷方法

應當將故障的檢測和診斷看作是穩定狀態和非穩定狀態的分辨和區分，通過故障產生的具體特征和屬性進行系統的分析和探究，同時進行相應的計算和總結，此方式的長處就是不需要建立模型且計算量不大。

3.5 基于小波分析的故障診斷方法

20世紀80年代末漸漸有小波分析診斷故障工具對不穩定的信號和波動較大的信號分析極有幫助。設備運行異常時所產生的突變信號包含故障信息，因此通過對突變信號的小波分析就能夠分析出故障的具置和影響大小，非常適合信號的處理工作。

3.6 基于神經網絡的故障診斷方法

通過很多相互關聯神經網絡來診斷和分析故障。輸入信號在神經網絡中來回傳遞，在網絡建成以后，大量的信息樣本來構建網絡。不斷修復和完善整個網絡，最后通過數據的校對實現神經網絡的有效運行。神經網絡的優勢較為突出，不需要創建物理模型。

3.7 基于規則的故障診斷專家系統

規則故障診斷方式的應用就目前故障診斷現狀而言較為廣泛，主要通過IF-THEN的規則形式來表示相關故障與預測之間的種種聯系，也就是表示各個部件之間的必然關系。該診斷方式融合多方面的知識到一個特定程序中來解決相關問題，在規則的故障診斷系統的基礎上，發展出智能化的故障檢測系統，在醫療、化學等行業中的應用也比較廣泛。

總而言之，未來的故障診斷工具和方法將更為標準化和現代化，甚至是將成為能源管理和控制系統的一個模塊，這些診斷工具既可以由開發商提供也可以由第三方供應商來提供。暖通空調系統故障檢測在未來的發展和應用前景將是不可限量的，其實用性和便利性等優點更為顯著和突出。

參考文獻

篇（8）

0 引言

現階段，我國大多數的礦山設備所采用的維修方法以及設施，通常應用計劃經濟體制模式，和國外發達的國家相比，差異較大，其中部分模式已無法適應當前市場經濟的需要。而在礦山機電設備維修應用故障檢測診斷技術，不僅結合我國的國情，還吸收了先進技術及經驗，有效提高礦山的生產管理水平，改變傳統的維修體制，以便適應當前市場經濟的體制。

1 故障診斷檢測技術

1.1 故障檢測診斷技術定義

故障檢測診斷技術主要是包括故障檢測和故障診斷，以現階段的實踐領域和學界理論的通說，統稱為故障檢測機診斷。設備工作運行正常主要是指設備能按自身功能特征，正常運轉，和設備該有效能相符合。而設備的異常運轉，是指其在運轉的過程中出現問題，且影響到其它零件的正常運轉，造成難以滿足生產的發展需求。設備出現瑕疵，故障指油耗等，導致設備性能喪失，無法繼續工作。故障檢測診斷技術就是以設備的工作狀態信號變化，進行準確定位，精確發現存在的問題，且快速處理相關問題，以確保設備的安全運行。

1.2 故障檢測診斷技術特點分析

隨著現階段設備維修理論、檢查技術理論等的快速發展，故障檢測診斷技術也得到不斷發展，其主要有如下三個特點：（1）目的性較強。診斷目的明確，能快速對運行中的設備進行故障定位和分析，且在這樣的基礎上制定出行之有效的維修方案，進而保障設備的正常運行。（2）復合型技術。診斷維修均涉及到動力學和物理學等多種學科的領域，主要包括液壓器操作、機械制造等的原理與應用等相關專業的知識。由此可見，故障檢測診斷技術涉及到各種學科知識，知識面廣且經驗豐富。（3）理論化向實踐轉化。所有的診斷方法及維修技術均根據時間來定，處理原理及結果可直接轉化為實踐，并用于實際操作。

2 故障診斷技術在煤礦機電設備中的應用

2.1 礦井提升機檢測與故障診斷

提升機是礦井生產、運輸的基礎設備之一，在礦山生產中的地位及其重要，它擔負著提升原煤、矸石，下放相關材料、升降人員等任務。提升機的運行是否安全，直接關系到的一個煤礦能否正常運作，關系到煤礦工作人員的生命安全，其重要性不容忽視。有學者提出礦井提升機故障有“軟故障”和“硬故障”之分。文章以下將對“軟故障”和“硬故障”進行定位分析?！败浌收稀鄙婕暗焦r參數，實踐中需要對工況參數進行測量，對相關數據進行分析和處理才可以得出?！坝补收稀笔侵赣梢恍┨囟ǖ膮党薇憩F的故障“，硬故障”的出現往往以“軟故障”為前提，從這一點定位來看，對“軟故障”的及時預診和定位檢修極為重要。由于該項基礎設備關系到礦山運作的安全，屬于重要基礎性設備之一，為了確保這一領域的安全性，我們國家許多科研機構和科研人員都進行了大量的研發工作，如中國礦業大學研制的KJ46型礦井提升機狀態監護系統、ASCC型全數字提升機控制系統等都包含了故障診斷技術的功能，取得了比較好的效果。

文章在實際的工作過程中發現，礦井雙筒提升機松繩現象經常發生，一旦發生事故將會帶來不可估量的損害。文章在研究以前成果的基礎上，認為可以用一種簡單實用的松繩檢測裝置來解決該問題。該裝置主要由單片機和霍爾傳感器組成，在提升機每個天輪一側安裝一周小磁鋼，并在適當位置安裝霍爾傳感器檢測兩天輪的轉速，在正常運行（即無松繩）時，兩天輪的轉速相同，則兩個傳感器輸出的計數脈沖個數基本相同，該裝置內單片機計算出的兩天輪的行程差幾乎為零；當鋼絲繩出現松繩現象時，兩天輪的行程不同，該裝置可計算出兩天輪之間的行程差，當行程差達到預報警值時發出松繩報警信號；當行程差達到保護值時，該檢測裝置發出控制信號，使提升機及時剎車，起到保護作用。

2.2 采煤機工況檢測和故障診斷

與國外先進采煤機相比，國產采煤機的整機水平還是比較低的，與國外先進水平存在著極大差距。譬如檢測范圍狹窄、檢測參數滿足不了需要，對故障檢測的功能基本上是缺失的。為了從根本上改變國產采煤機檢測水平低的落后狀況，原煤炭部將“電牽引采煤機工況檢測及故障診斷系統”的研制列入了“九五”重點科技攻關計劃。該故障檢測診斷系統主要有：（1）左、右搖臂檢測單元；（2）機身檢測單元；（3）高壓控制箱檢測單元；（4）變頻器通信單元；（5）工況檢測及故障診斷單元（6）檢測152.4mm 顯示單元。目前來看已經取得顯著的效果，在此領域獲得較大突破，有望徹底解決這一難題。

2.3 通風機的檢測診斷技術

文章通過研究相關產品， 發現目前用于通風機故障檢測診斷的產品寥寥無幾， 比較典型裝置是江西煤炭工業研究所研制的KFCA型通風機集中檢測儀、煤炭科學總院重慶分院研制的FJZ 型礦井主風機在線監測與故障診斷儀。其主要特點是：16位中央處理器、豐富高效的指令系統、四通道10位A/D轉換器、高速輸入/輸出接口、8個中斷源、兩個16位定時器、16位監視定時器和具有多用途的接口。由于通風機的檢測診斷技術在國內的研究較少，可以借鑒的東西不多，文章希望通過自己的研究可以起到拋磚引玉的作用，盡快促進該問題的解決。

2.4 礦用高壓異步電動機的檢測及診斷技術

礦用高壓異步電動機在礦山生產中的地位也及其重要，一旦發生故障，不僅僅會給煤礦帶來較大的經濟損失， 還會影響到煤礦正常的生產運營?，F代信號處理技術和人工智能技術的出現和應用使得異步電動機的故障診斷變得較為得心應手，取得了較好的效果。通說認為異步電動機故障檢測與診斷方法主要有：①局部放電檢測；②電流高次諧波檢測；③磁通檢測。

3 結語

除以上所述內容外，文章認為故障檢測診斷技術在礦山機電設備中的應用還需要對機工、電工和相關領域的工作人員做滲透培訓，提高安全生產意識和應急能力。為了適應擴大化的生產，同時要重視技術的革新、改造，建立和完善的礦山機電設備的故障檢測診斷機制，完善相關制度，責任到人。只有這樣才可以保證礦山設備正常、高效、安全的運行，推進我國經濟的高速發展?！?/p>

篇（9）

空調系統中保證各類傳感器的讀數正確，及時發現傳感器故障，是空調系統最估運行的重要保證。我們已經給出了空調系統的傳感器故障類型[1]，本文將用主成分分析法對空調系統中傳感器的這些類型的故障進行診斷，以便及時辨別出故障類型，做出正確決策，及時恢復測量，使系統可靠正常運行。

1 主成分分析法（PCA）及故障檢測、識別方法

某一系統或過程傳感器測量值之間并不是孤立的，它們之間具有高度的相關性，在正常情況下，這種相關性是由物理、化學等基本規律所控制的，如：質量守恒、能量守恒等。而當某些傳感器出現故障時，就會打破這種測量值之間的相關性。主成分分析法能充分反映這種相關性，因此，我們采用PCA方法進行故障檢測與診斷。

1.1 PCA建模

設某測量矩陣， ，其中m是測量變量數，n是測量樣本數。X的每一列都進行了零平均化，X可以分解為：

（1）

其中 ----測量的可模部分， ----測量的殘差部分，在正常情況下，主要是自由噪聲。

根據PCA的方法， 和 可分別表示為：

（2）

（3）

式中：T----得分矩陣， ；

P----荷載矩陣， 。

其中，l為PCA模型所包含的主成分數，后面將介紹如何確定它。P的列向量分別是X的協方差陣P的前l個最大特征值λi所對應的特征向量。 的例則分別是剩下的m-l個特征微量。根據統計學原理，X的協方差陣可以用下式進行估計：

（4）

對于每一個測量樣本x，其可表示成為：

（5）

（6）

式中，

（7）

是x是在主成分子空間PCS（Principal Component Subspace）內的投影，而 是x在殘差子空間RS（Residual Subspace）內的投影。

1．2 故障檢測

在正常情況下，測量樣本向量在殘差子空間內的投影應當很小，主要是自由噪聲。當某一故障發生時，這個投影就會顯著地增加。因此，可以通過檢測測量數據在RS內的投影大小 來檢測故障是否發生。通常使用的統計量是：平方預測誤差SPE（Squared Prediction Error），如式（8）所示：

（8）

當 時，認為系統運行正常，而當 時，就認為系統出現故障。δ2為SPE的置信限。δ2可用下式計算[2]。

（9）

（10）

（11）

式中：l----模型的主成分數；

ca----置信度為a的標準正態分布置信限；

λ----協方差陣R的特征值。

1．3 故障重構

利用式（6），可以對故障向量x進行估計，也就是說， 可以看在是x的一個估計值。但是， 并不是x的最佳估計，因為在估計 時所使用的x是包含有故障的數據。因此，為了消除故障的影響，利用前一次獲得的估計值xnew去代替x，通過多次近迭代，就會使得xnew逼近于x的正常值x*。

假設樣本x中的第I個分量發生了故障（假設只有一個故障），即xi是一個故障值，可以利用下式進行迭代：

（12）

式中， 為矩陣的C的第I列用0代替cii值之后的向量?？梢宰C明，該迭代總是收斂于[3]：

（13）

式中，cii≠1，說明該變量不能被重構。

1.4　故障鑒別

為了進行故障鑒別，文獻[4]提出了一種針對各種可能的故障方向，利用逐個重構的方法進行故障鑒別。對于測量值x，由于故障的存在，其SPE（x）必定會顯著增加，若故障重構的方向正好是故障發生的方向，其重構后的SPE（）必定會顯著地減少，若重構的方向不是故障發生的方向，則SPE（）不會發生顯著地變化。因此，可以用鑒別指數SVI進行鑒別：

（14）

其中（）----是測量向量x沿第j個方向重構后的數據向量。

顯然，SVI∈[0 1]，若SVIj接近1，說明第j個重構方向不是故障發生的方向；相反，若SVIj接近0，說明第j個重構方向正好是故障發生的方向。

1．5 最優主成分數的確定

前面在建立模型時已經用到了主成分數的概念。主成分數對模型的好壞影響很大，如果主成分數選得過小，不利于小故障的檢測；而若主成分數選得太大，又會不利于大故障的檢測。因此，存在一個確定最優的主成分數的問題?？梢愿鶕豢芍貥嫷姆讲顏磉x擇最優主成分數[4]。

不可重構方差是指重構前后測量變量之間的方差：

（15）

式中：Var（.）----表示方差算子；

E（.）----表示數學期望算子；

----xj的重構值；

xj----的第j個分量；

ξj----為故障方向向量。

用保證最小總的不可重構方差來確定最優的主成分數，即：

（16）

這樣，通過選擇不同的主成分數l，分別計算出∑uj，最后選取最小的∑uj所對應的主成分數為最優的主成分數。

2 傳感器故障的檢測與診斷的空調監測系統

圖1是一空調系統冷凍機房系統示意圖。該系統包含兩臺同樣的制冷機，每臺制冷機配備有各自的一級水泵，為保證每臺制冷機蒸發器冷凍水的流速基本不變，一級泵為定速泵。兩臺二級泵為建筑供水，二級泵根據建筑負荷大小變頻調節水泵的供水量，多余的水量由旁通管流回制冷機。當旁通流量大于一臺一級泵的流量時，停止一臺制冷機及相應水泵；而當旁通流量出現負值且大于一定的時間時，開啟一臺制冷機及相應的一級泵。為保證制冷機的工作時間大致相等，實行先停先開、先開先停的控制策略。

系統的傳感器的安裝位置與類型如圖1所示。共有四個流量傳感器：制冷機1、制冷機2出口各有一臺流量計，建筑供水流量計，旁通流量計。共有五個溫度傳感器：制冷機1、制冷機2供水溫度傳感器，建筑供水溫度傳感器，建筑回水溫度傳感器，制冷機回水溫度傳感器。

圖1 空調系統冷凍機房系統示意圖

根據給定的負荷，在HVAC專用仿真軟件TRNSYS上對系統進行仿真。傳感器的采樣時間間隔為1min，仿真時間為4d。從采樣的數據中選取穩定條件下的正常操作數據共5000組，進行平均化后，且前述方法建立模型。

轉貼于 3 故障診斷

首先確定主成分數。計算不同的主成分數時總的不可重構方差，選取決的不可重構方差最小時的主成分數為最優主成分

數。此時的最優的主成分數是3，因此用3個主成分建立模型。

為了比較四種類型故障，選用同一個傳感器----建筑供水溫度傳感器進行故障檢測和診斷，隨機誤差 。無任何故障時的測量信號見圖2（a），正常條件下的故障檢測情況見圖2（b）。從圖中可以看出，SPE（x）沒有超出極限值δ2，說明數據正常。

圖2 正常數據的檢測

（a）正常建筑供水溫度數據信號；（b）正常數據的檢測結果

3.1 偏差故障

選ft=1.5℃，由文獻[1]式（3）計算了出這時的故障測量值。圖3（a）是這時的正常數據與故障數據的比較。圖3（b）是這時的故障數據檢測結果，SPE值超過了δ2限，檢測出故障。SVI指數監測結果見圖3（c）。

3．2 漂移故障

選取d=0.05，由文獻[1]式（5）計算出這時的故障測量值。圖4（a）是這時的正常數據與故障數據的比較。圖4（b）是這時的故障數據檢測結果，在故障發生一段時間后，SPE值超過了δ2限，檢測出故障。SVI指數監測結果見圖4（c）。由圖可以看出，由于故障大小是逐漸增加的，在剛開始，故障很小，不能被檢測出。隨著時間的推移，故障不斷增大，SPE指數也不斷在增加，故障被檢測出來。

圖3 偏差故障檢測與診斷

圖4 漂移故障檢測與診斷

（c）正常數據與故障數據比較；（b）故障檢測；（c）故障鑒別

圖5 精度等級下降的檢測與診斷

圖6 完全故障檢測與診斷

（c）正常數據與故障數據比較；（b）故障檢測；（c）故障鑒別

3．3 精度等級下降

選取ft∽N（0，2），由文獻[1]式（7）計算出這時的故障測量值。圖5（a）是這時的正常數據與故障數據的比較。圖5（b）是這時的故障數據檢測結果，圖5（c）是SVI指數監控結果。從圖中可以看出，SPE指數的波動很大，有時很大，而有時又很小，甚至不能被檢測到，但多數情況超過了極限。這主要是由于故障類似于噪聲的原因造成的。SVI指數也是如此。因此，對于這類故障，如果 較小時，很容易被人認為是自由噪聲而難于被檢測出.

3.4 完全故障

選取xt=0℃，圖6（a）是這時的正常數據與故障數據的比較。圖6（b）是這時的故障數據檢測結果，SPE值遠遠超過了δ2限，指數很大，說明這時的故障較大。完全故障與偏差故障表現很相似，但完全故障的SPE遠偏差故障大。

4 結語

本文利用主成分分析法對空調系統傳感器四種故障進行診斷。SPE指數和SVI指數分別用來進行故障檢測和鑒別。通過最小化總體不可重構方差來確定模型的最優主成分數。對空調冷水機組監測系統傳感器的四種類型故障檢測與診斷特性進行了比較，主成分分析法是一種很好的傳感器故障檢測方法，對傳感器的各類故障均有很好的檢測、診斷特性。

參考文獻

1 陳友明，郝小禮，空調系統中傳感器故障檢測與診斷方法的研究----傳感器的故障類型及數學描述，全國暖通空調制冷2002年學術年會論文集，2002，11

篇（10）

上個世界七十年代是計算機飛速發展的年代，隨著計算機技術及其相關技術的快速發展，通過計算機來進行風機狀態監測以及故障診斷技術開始得到了發展。國外發達國家在這方面的水平要比我們先進很多，像是美國Bendy Nevada公司的ADRE系統，Scientific—Atlanta公司的 M6000系統等；我國最近幾年在這方面也開始引起了重視，像是和一些高校以及研究所聯合開展一些科研性的項目，自己開始研發監測和診斷系統，這些技術雖然和國際先進技術有差距，但是也沒有以前那么大了。本文以D350煤氣排送機為例，進行風機狀態監測和故障診斷系統的講解，介紹其工作機制和一些技術方面的問題。

1、系統總體結構

此系統是集合了許多功能的系統，例如數據收集、狀態監測、振動分析、故障檢查等等。信號采集的時效性和準確性事確保監測和診斷系統是否精準的一個重要指標。系統的結構是多個層次構成的，分為不同的子系統，狀態監測子系統和故障診斷子系統并行工作。為了提高系統可靠性，設計了儀表監測子系統和以計算機為中心的監測診斷子系統并行工作的系統。其結構如圖1所示。

2、傳感器的選擇與測點布置

傳感器負責收集和傳遞系統的往來信息。因此傳感器是否精確，決定著系統所收集到的信息以及對這些信息利用的可靠性。相對于本系統而言，殼體振動選用壓電式速度傳感器。這類傳感器靈敏度高，安裝方便，使用壽命長。軸位移信號和鍵相信號采用電渦流傳感器。測量殼體振動一般測量3個方向的振動，即2個徑向信號和1個軸向信號。2個徑向測點互相垂直安裝。系統中測點的布置根據機組具體情況以能夠捕捉機組故障為前提進行優化，每個機組布置了10個壓電式速度傳感器、1個軸位移測點和1個鍵相信號測點。工藝參數直接從機組原控制系統中獲取。

3、儀表監測及報蕾保護子系統

本系統處于安全性和可靠性考慮，不僅采用了儀表監測，還使用了微機監測、診斷系統，兩者共同進行，確保系統的安全穩定。傳感器信號經放大后直接進入振動監測儀表，每路信號對應儀表中的一個模塊。二次儀表由雙通道速度監測模塊、單通道軸位移監測模塊、轉速監測模塊組成，可實時顯示機組轉數和各個測點的振動幅值。幅值超過設定的報警值，可經繼電器輸出危險報警信號和連鎖跳車信號，通過外部電路可實現聲光報警和設備的連鎖保護。報警保護子系統電路圖如圖2所示，其中，危險報警繼電器輸出觸點為ZD—IC，連鎖跳車信號輸出觸點為ZWY—9C。圖中，1ZJ—3ZJ為中間繼電器，YJ為時間繼電器，其功能是實現聲光報警；ZJ—TC為斷路保護繼電器線圈，其內觸點為二次儀表的輸出觸點，CA為消音按鈕。當殼體振動值達到危險警示值時，ZD—TC觸點閉合，黃燈亮，同時聲音報警，按CA按鈕可消除聲音，危險解除后黃燈滅；當主軸位移達到危險值時，ZWY—TC觸點閉合，紅燈亮，聲音報警，同時2J—TC線圈接通，發生跳車保護。

4、數據采集與狀態監測子系統

機組的運行狀態都是通過數據來進行反應的，因此數據采集儀的作用就是從機組采集各種數據，像是振動、軸位移和轉速等等，這些信號接收到之后經過處理再傳輸給監測系統，系統就可以通過這些數據了解機組的運行狀態，從而進行對機組的控制。

狀態監測系統可以和其上下層進行通信，借助不同的傳輸途徑和設備技術可以實現數據的傳輸，讓監測者可以隨時隨地的了解系統的運行狀態。機組的運行狀態如果不借助各種儀器設備是很難窺其全貌的，因此通過狀態實時監測系統，可以利用其工控機來進行數據的收集功能，將這些監測到的信號，經過處理后以圖表的形式直接的顯示出來，通過時域分析、幅值分析、頻譜分析，能夠獲得各種數據，通過計算去掌握機組的運行狀態是否良好，這樣給現場工作人員直接監測機組運行起到了很大的便利，而且通過這些實時數據也能很快的發現機組的一些異常狀況。

5、故障診斷子系統

機器故障的因素是很多方面造成的。因此在對機組進行故障檢測的時候，我們以在線監測為主，通過系統對機組各項運行數據的收集，我們從中進行分析和研究，去尋找故障的原因，機組穩定運行和異常運行兩者之間的數據是存在差異的，因此才能夠通過故障檢測系統來進行數據的收集，從而發現機組異常的原因。

5.1人工對話診斷

通過界面的方式來讓檢測人員進行特定部位或特定數據的檢測，這樣能夠有的放矢，而且檢測時候的數據是否保存都需要人工進行操作，當不進行選擇的時候則可以采取默認的檢測，像是最大振幅、在線數據等等，這樣便于人機交互，讓檢測系統更加的直觀和人性化。

5.2自動診斷

在系統中還需要設定自動檢測的功能，當從機組獲取的數據信息發生異常的時候，則可以自動的采取相應的措施，這些措施都是事先經過研究后采取的應對措施，這樣提高了可靠性。

6、結束語

本文通過對D350煤氣排送機來進行了風機狀態監測和故障診斷系統的介紹，通過對原理和系統運行機制的講解，我們可以了解到，此系統的作用是符合現代高速發展需要的，其安全性和可靠性也比較高，盡管我國在這方面的技術水平和國際先進水平有差距，但是不斷的將其發展，向世界先進水平看齊是我們的努力方向，而且這也是保證生產安全可靠的重要技術。

參考文獻