故障诊断试验系统设计----故障模拟开题报告

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1、开题报告故障诊断试验系统设计----故障模拟一．选题的背景、意义流程工业指主要生产过程为连续生产（或较长一段时间连续生产）的工业。包括了石化、冶金、电力、轻工、制药、环保等在国民经济中占主导地位的行业，全球500强行业中，流程工业企业有70余家，占15%，其营业收入占总收入的16.5%。我国流程企业年产值占全国企业年总产值的66%，流程工业的发展状况直接影响国家的经济基础，是国家的重要基础支柱产业。在流程生产系统中，如果某一关键设备因故障而不能继续运行，往往会涉及整个系统的运行。因此，故障诊断在这里具有

2、极为重要的意义。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（可更换单位）的过程成为故障隔离。故障诊断就是指检测故障和隔离故障的过程。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。然而，在目前的诊断方法研究中，主要是针

3、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。世界各地经常都会发生因为设备出现故障而导致的事故。1979年，美国三里岛核电站由于操作人员失误以

4、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，致使20多人死亡，经济损失高达几十亿美元。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。2002年，广东省的茂名发电厂、沙角A发电厂、韶关发电厂三个电厂连续发生事故。为了避免重大事故的发生以及安全进行工业生产，对于故障诊断技术的研究就显得尤为重要。它不仅可以保障系统和人身安全，还具有显著的

5、经济效益和社会效益。综上诉述，对于大型的生产系统，设备的可靠性和有效性在其中占了很大的比重，故障诊断技术就是保证设备有效运行的一种很好的方法。如果能及时找出故障，不仅能避免事故的发生，还可以安全地完成整个系统的生产。因此，为生产系统配备合适的故障诊断技术是十分迫切的问题。二．相关研究的最新成果及动态多级流模型（MFM）在传感器故障诊断中的应用1.多级流模型图1为某公司生产设备的循环水冷却系统，为保证生产线上运行设备的温度，必须保证该系统中水的正常循环。为保证冷却系统正常有效，充分发挥冷却塔的冷却效果，其

6、循环水系统应保证两个目标：（1）冷却塔中的水平面保持在某个特定的位置；（2）冷水池中一定要保证有最小限度的水量。这以目标是通过物质流实现的。根据物质流中个功能之间的相互关系，建立了该系统的物质流模型如图2所示。同时，由于两个传输功能（水泵）的作用依赖于这样的一个子目标：为水泵的运行提供足够的电力，这一子目标又通过一电能流来实现。图1生产线循环冷却系统图2.MFM模型应用MFM模型有三个分支，流路M1叙述了水从热水池到缓冲槽的流动，流路E1、E2描述了通过变频器从供应端到水泵的电能传输，因此，M1是物质流

7、模型，而E1和E2是能量流模型。在流路M1从左到右的功能是：（1）作为源功能的热水池；（2）通过上行水泵的传输；（3）具备存储功能的冷却塔；（4）因重力引起的水传输的导管；（5）具备存储功能的冷水池；（6）通过下行水泵的传输；（7）通过分支导管连接的下行水泵与两个平行阀门V2和V3的平衡；（8）实现阀门V2和V3的两路传输；（9）通过导管部件实现的阀门V2和V3与缓冲槽的平衡；（10）经由导管实现缓冲槽与生产设备的传输；（11）带缓冲槽的热水池。E1-E2流路中包含了描述电能的能量流功能。图2生产线循环

8、水冷却系统简图的MFM模型3.传感器故障诊断在图1所示的冷却系统中，为了使控制系统能够有效地发挥作用，传感器是关键元件。系统中各传感器必须可靠，一旦传感器出现故障，必须及时诊断处理。现利用MFM模型的三种算法对传感器故障进行剖析。3.1测量值有效算法该算法的基本原理是：系统中各功能的输入及输出之间具有一定的关系。假设通过传感器所测量的数值如图3所示：[单位：，存储功能上面的三个值（50,0,50），它们分别代表其输入流、存储器内水量的微分值