一种火电厂多自动调节回路评价诊断方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于工业控制领域，具体涉及一种火力发电机组自动调节回路控制性能的 评价诊断系统。
【背景技术】
[0002] 随着工业自动化水平的提高，工业控制系统的规模越来越大，一个大型的工业控 制系统有成百套控制回路，过程控制技术面临的重要任务之一就是对控制系统的监视和维 护。在控制系统的使用过程中，有很多原因会导致控制器性能下降，比如设备的老化、非线 性的作用等，为了确保控制器能在设计的性能下工作，就需要对大量的过程数据进行分析 来判断控制器在工作过程中性能如何。一个大的自动化系统控制回路众多，人工来分析数 据并判断控制器性能的好坏工作量相当大，这种人工监视评价控制器的性能的方法难以适 应当前的高度自动化水平。研究控制系统的性能评价方法，形成与当前自动化水平相适应 的控制系统性能评价体系，对实际的控制系统进行监视，确保控制器在工作过程中性能良 好有很重要的意义。
[0003] 火电机组中，机组热工性能取决于各个自动调节回路的性能。执行机构状态、传感 器状态、以及控制器参数选取这三个环节是一个自动调节回路关键的要素。在工业控制领 域，生产过程的控制回路不断增加，生产工艺对生产过程的控制要求日益提高，而我们往往 只关注采用怎样的控制器，采取怎样的控制策略，对于控制系统的性能评价虽有很多有益 的探讨和研究，但还存在着一些缺点和不足。
[0004] 通常是针对个别指定的自动调节回路，针对调节过程数据的变化过程，套用理论 公式得到动态调节指标。但这种方法在实际中对于调节过程要求较高，需要严格的数据趋 势。另外以往的评价方法没有与故障诊断相结合，没有对故障情况下进行排除。同时，通常 的评价诊断方法只是针对个别自动调节回路进行，缺少在工业控制过程中的多控制回路综 合应用。
[0005] 另外，本发明的评价诊断方法都是基于在线运行系统的数据分析结果，比通常的 离线分析系统具有更重要的实用意义。
【发明内容】
[0006] 为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明公开了一种火电厂多自动调节 回路评价诊断方法。
[0007] 本发明具体采用以下技术方案。
[0008] -种火电厂多自动调节回路评价诊断方法，所述方法针对火电厂多个自动调节回 路进行控制性能的评价并对自动调节回路中的传感器和执行器进行故障诊断；其特征在 于，所述方法包括以下步骤：
[0009] 步骤一：通过火电厂热工录波分析装置采集火电厂多个自动调节回路数据，包括 机组负荷、自动调节回路中被控对象的设定值、传感器采集的测量值以及执行器开度指令、 开度反馈值；
[0010] 步骤二：以30秒为周期，由火电厂热工录波分析装置对采集数据进行处理，形成 comtrade录波文件，内容包含30秒内采集的数据信息，形成录波文件之后，将其发送至作 为诊断装置的电脑；
[0011] 步骤三：在诊断装置中，以30秒为周期解析由火电厂热工录波分析装置生成的 comtrade录波文件，得到火电厂多个自动调节回路的数据信息，并存入历史数据库；
[0012] 步骤四：将需要进行评价诊断的火电厂自动调节回路做排列，依据采集的自动调 节回路的数据信息以周期形式依次对单个自动调节回路进行诊断、性能评价，其中对传感 器、执行器的诊断周期为60秒，即60秒内，依次对所有自动调节回路中的传感器、执行器进 行诊断；对所述多个自动调节回路的控制性能评价的周期为10分钟，即10分钟内，依次对 所有自动调节回路的控制性能进行评价指标计算。
[0013] 本发明进一步优选包括以下方案：
[0014] 在步骤四中，对传感器、执行器故障诊断过程如下：
[0015] (1)以60秒为周期，从历史数据库中提取待诊断的传感器、执行器所属的自动调 节回路的数据信息，包括60秒内待诊断的传感器采集的测量值历史记录、执行器的开度指 令和开度反馈值历史记录，并形成CSV格式文本文件；
[0016] (2)根据生成的csv格式文本文件的内容得到60秒内待诊断的传感器采集的测量 值，基于所述测量值实现对传感器的诊断；
[0017] 当传感器测量值超出了其高低限值范围，则认为传感器发生了测量值超限故障；
[0018] 计算传感器所采集的测量值的变化速率，将所述测量值的变化速率与设定的变化 率阈值比较，如果超限，则判断传感器存在变化速率超限故障；
[0019] 两个传感器冗余设置时，先比较两个冗余设置的传感器在同一时刻的测量值偏 差，若超过了偏差限值，则说明其中有一个发生了故障的，然后判断这两个冗余设置的传感 器是否发生了测量值超限故障或变化率超限故障，如果两个冗余设置的传感器均没有发生 测量值超限故障以及变化率超限故障，则认为这两个冗余传感器存在冗余故障；
[0020] 三冗余及三个以上冗余设置的传感器，比较每两个传感器间测量值的偏差，如果 偏差超过了偏差限值，则认为此两个传感器中某个传感器发生了故障，再与另一个传感器 的测量值相比较，判断偏差大者为发生故障的那个传感器。
[0021] 对于两个传感器冗余设置时，可以通过判断出冗余的传感器存在故障，但不能直 接定位具体的故障传感器，对于三个余传感器冗余设置时，可以通过两两对比定位具体的 故障传感器。
[0022] (3)根据生成的csv文件内容，得到执行器开度指令和开度反馈历史记录，判断执 行器是否存在卡死故障、增益故障和死区故障；
[0023] 当满足如下两个判据中的任一个，则判断执行器出现了卡死故障：
[0024] 判据1 :在60秒内，执行器开度指令发生变化，而开度反馈不随执行器开度指令变 化；
[0025] 判据2 :当执行器开度指令不变化时，开度反馈也不变化，但是开度反馈和执行器 开度指令之间存在偏差，偏差范围超过开度反馈量程的5% ;统计60秒内执行器开度反馈 的变化程度与执行器开度指令变化程度均值的比值，作为执行器增益的估计值；如果这个 增益值超过了预设的增益阈值，则认为执行器发生了增益故障，此阈值为I. 05~I. I ;
[0026] 根据执行器在正常情况下的往返行程中X-Y特性图选择最大宽度为正常死区范 围。
[0027] 在步骤四中，对所述多个自动调节回路的控制性能评价过程如下：
[0028] (1)以10分钟为周期执行，对已排序的多个自动调节回路依次计算，首先要检查 该控制回路是否存在执行器或者传感器故障，如果存在故障则将此回路跳过，不进行控制 评价指标计算，进行下一个自动调节回路的计算过程，如无故障则进入下一个流程；
[0029] (2)将10分钟内自动调节回路中传感器测量值、执行器开度指令、自动调节回路 中被控对象的设定值以及机组负荷的历史值写入csv格式文件中；
[0030] (3)自动调节回路中被控对象的设定值发生变化，则认为该自动调节回路开始一 个动态过程，否则，则认为该自动调节回路处于一个随机过程；如果自动调节回路处于动态 过程，则计算该自动调节回路的确定性调节指标，包括调节时间、上升时间、超调量；如果自 动调节回路处于随机过程，则进行随机性指标即最小方差指标计算。
[0031] 调节时间：单位阶跃响应首次达到稳态值的5% (或2% )的误差带并保持的时 间。
[0032] 上升时间：单位阶跃响应从稳态值的10%上升到稳态值的90%，所需要的时间。 对于系统单位阶跃响应单调变化的系统如此，而对有震荡的系统，可以被定义为从初始值 到第一次到达稳态的时间。上升时间，反应的是系统的响应速度。
[0033] 超调量：当系统的单位阶跃有超调时，其单位阶跃响应的最大峰值减去稳态值的 差与稳态值之比的百分数。
[0034] 最小方差指标：系统理论最小方差与实际方差的比值。
[0035] 本发明具有以下技术效果：
[0036] 1)可以针对火电厂多个自动调节回路进行评价诊断；
[0037] 2)实现了在线评价与诊断；
[0038] 3)在进行自动调节回路控制评价时，考虑传感器、执行器故障状态对其的影响，将 故障诊断与控制评价相结合；
[0039] 4)可以对调节过程进行确定性指标评价和随机性指标评价。
【附图说明】
[0040] 图1为本发明火电厂多回路自动调节回路评价诊断方法实现过程示意图。
【具体实施方式】
[0041] 下面结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步详细介绍。如附图1所示为本 发明公开的火电厂多回路自动调节回路评价诊断方法实现过程方案示意图。
[0042] 附图1中的设备代表火电机组所配置的数据转发装置。
[0043] 附图1中的热工数据采集装置通过接收转发装置送来的数据，并形成comtrade格 式录波