故障诊断试验系统设计——信号采集文献综述

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1、文献综述故障诊断试验系统设计——信号采集1故障诊断研究的背景和意义利用各种检查和测试方法，发现系统和设备是否存在故障的过程是故障检测；而进一步确定故障所在大致部位的过程是故障定位；要求把故障定位到实施修理时可更换的产品层次的过程称为故障隔离。故障诊断就是指检测故障和隔离故障的过程。故障检测与诊断技术的研究与应用对于保障流程工业中设备安全、可靠、高效运行，消除设备以及由设备组成的生产系统的故障隐患，避免事故的发生具有重要理论意义和应用价值。近几十年来，故障诊断技术一直是十分活跃的研究领域。随着人工智能、电子技术、计算机网络等新兴交叉学科的发展，故障诊断技术已经取得了重大的进展，各种故障诊断方法

2、层出不穷，如信号分析法、定性趋势分析法、专家系统以及神经网络等方法[1]。然而，在目前的诊断方法研究中，主要是针对单一设备的诊断，也称为设备级故障诊断。随着科学技术的不断进步和现代流程工业的迅速发展，系统生产过程变得越来越复杂，不同设备间往往存在关联与耦合，这使单一设备的故障诊断已经不能满足整个系统过程的故障分析。为了对流程工业系统的生产过程进行故障诊断分析，系统级故障诊断技术的研究已经成为十分重要的课题。系统级故障诊断通过故障警报分析与诊断，可确定系统中产生根源故障的设备元件，是保证整个系统安全与稳定运行的重要手段。复杂的流程工业，如电力、石油炼制、化工等行业，它们的生产环境通常处于高温高

3、压或低温真空等极端条件下，一旦操作员操作不当，疏于检测或因不可抗拒的自然界因素，将导致生产中断、发生爆炸等危险。多年来，汽轮机阀体破坏、锅炉内设备爆炸、反应器升压爆炸等事故常有发生，不仅给生产带来巨大损失，而且严重威胁着人身安全[2]。据国内石化行业统计，1976至1985年期间，我国化肥五大机组由于系统事故停车造成的直接经济损失就高达四亿七千五百万元[3]。1979年，美国三里岛核电站由于操作人员失误以及设备的连锁失效导致放射性物质经贮存罐释放到大气中，经济损失达到十亿美元。1986年4月，前苏联切尔诺贝利核电站因操作人员违章操作而使4号反应堆内石墨燃烧导致原子堆芯融化而发生反应堆爆炸，致

4、使20多人死亡，经济损失高达几十亿美元[4]。2000年6月，科威特明那·阿哈麦迪炼油厂爆炸事件，造成将近一亿美元的损失。2005年，山东德州电厂两台70万千瓦发电系统及黄岛电厂一台22万千瓦发电系统连续因事故停机，造成山东省网供电容量减少近150万千瓦，损失巨大。据工业统计表明，虽然大型系统复杂的生产过程事故引起的大灾难可能是偶然的，但是小事故却是经常的，它每年也将导致几十亿美元的损失[5,6]。为了避免重大事故的发生，各国都十分重视在线监测与故障诊断系统的研究。它不仅可以保障系统和人身安全，还具有显著的经济效益和社会效益。据有关文献记载，由于缺少故障诊断系统，美国石化工业每年估计将导致大

5、约二百亿美元的损失[7]。相似的事故每年导致英国二百七十亿美元的经济损失[8]。综上可见，对于复杂的流程工业系统来说，一旦发生故障，损失是巨大的。因此，对流程工业生产过程的故障诊断问题已经引起越来越多的关注，建立完善的流程工业故障诊断系统，从大量关联的设备故障中迅速地找出故障的根源，减少系统设备失效导致其它设备连锁失效的发生，避免事故扩大化，保证生产过程安全可靠运行，消除事故，是十分迫切的问题[9]。故障诊断不仅在流程工业中体现，在航空航天中也有具体表现。众所周知，航空航天是故障多发且危害极大的领域，也是故障检测与故障诊断技术得到较早使用的领域，包括航天测控、导航控制、轨道监视以及航天器可靠

6、性与安全性等在内的多个分支，都有故障检测与诊断技术成功应用的先例。近三十年来，航天故障诊断一直是故障诊断方法研究和技术应用的主战场。这不仅表现在故障诊断的理论与技术中一些有影响的重要分支，其发展过程与航天故障分析技术有着很深的历史渊源，也表现在大量故障诊断方法都曾在航空航天领域中得到了广泛应用，更重要的还在于航天故障的复杂性对故障诊断技术发展不断产生推动作用。另外，设备故障诊断是指应用现代测试分析手段和诊断理论方法，对运行中的现代设备出现故障的机理、原因、部位和故障程度进行识别和诊断，并且根据诊断结论，确定设备的维修方案和防范措施。设备故障，反映出设备丧失工作效能的程度，或是设备丧失了它所要

7、求的规定的性能或者某种状态;诊断则是采用各种测试、分析手段和故障状态的识别方法来确定故障的性质、程度、类别、状态和故障部位等，并研究设备产生故障的机理[10]。为了避免重大事故的发生，各国都十分重视在线监测与故障诊断系统的研究。它不仅可以保障系统和人身安全，还具有显著的经济效益和社会效益。2故障诊断的发展近几十年来，故障诊断技术一直是十分活跃的研究领域。随着人工智能、电子技术、计算机网络等新兴交叉学科的发展，