用于化工过程SDG故障分析方法研究.pdf

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1、主题六：PSE和环境、能源、安全技术研究及应用用于化工过程的SDG故障分析方法的研究石宇，邱彤，陈丙珍（清华大学化学工程系，北京100084）摘要：基于符号有向图（SignedDirectedGraph，SDG）的化工过程模型可以表征过程故障与故障源之间的因果关系，SDG故障分析方法通过有向图定性推理技术实现故障诊断。本文简要介绍了SDG故障分析【1】的基本概念，并对Iri算法中故障源的搜索步骤提出了部分改进，并进行了实例验证。在本文最后，利用SDG故障诊断方法对某化工厂的氯气泄漏事故的故障传播进行了分析研究。关键词：符号有向图，

2、故障诊断，诊断，过程AStudyonFaultAnalysisUsingtheProcessSignedDirectedGraphModelShiYu,QiuTong,ChenBingzhenChemicalEngineeringDepartment,TsinghuaUniversity,Beijing,100084,ChinaAbstract:Theprocesssigneddirectedgraph(SDG)modelrepresentsthecauseandeffectlinkagestoconnectthefaultori

3、gintotheobservedsymptomsofthefault.FaultanalysisusingtheprocessSDG-basedmodelisbasedondigraphqualitativereasoningstrategy.Inthispaper,theelementaryconceptionandimprovedarithmeticofSDG-basedfaultanalysisareintroduced.Finally,acasestudyofachlorinereleaseaccidentoccurred

4、inavinylchlorideplantisgiven.Keywords:SignedDirectedGraph(SDG),FaultAnalysis,Diagnosis,Process0、引言[1]1979年由Iri等提出将符号有向图(SignedDirectedGraph，SDG)用于化工过程的故障分析，其在过程控制领域有着很广阔的发展前景。国外对于此问题的研究已经有20多年，[2][3]相关文献也很多。Tsuge等和Shiozaki等在Iri工作的基础上改进了算法，麻省理工的[4]Oyeleye发表了利用定性图论模型开发实

5、际系统的论文并扩展了SDG的概念，德州大学[5]Austin分校的Wilcok则在SDG的基础上提出类似的PCEG（PossibleCauseandEffect[6],[7]Graph，可能因果图）概念，近几年Vedam在SDG方面有较多的研究，并提出SDG与主元分析相结合的思想，为SDG诊断方法赋予了新的生命。国内对此问题研究较多的是北[8],[9]京化工大学的吴重光等教授，并在系统仿真学报上发表多篇文章。本文就SDG方法在化工过程故障分析中的应用做了初步的研究和模拟验证，并用这一方法对某氯乙烯厂氯气泄漏事故进行了分析。192主

6、题六：PSE和环境、能源、安全技术研究及应用[1]1、基本概念每条边上都有一个符号的有向图称为符号有向图(SDG)。符号有向图用于表示一个系统的因果关系非常有效。有向图中的节点对应所描述系统的状态变量，边表示节点间的直接影响关系，正影响和负影响（如促进和抑制）分别由赋给边上的“＋”和“一”加以区分。系统中节点表示的状态变量相对于其正常状态的值有三种可能的情况：高、不变、低，分别用“＋”、“0”、“－”来描述。那么，此时系统的状态相对于基准的正常状态的变化可以由一个有向图的节点符号组合来表示。我们将这些节点符号组合称为模式（Patt

7、ern）。如果任何一个节点出现非零状态，可以认为系统是偏离正常状态的，即出现故障。在实际应用中，由于技术和一些经济上的原因，一些节点是无法观测到的，所以符号有向图的节点集就分成两个子集：一个由可观测到的符号己知的节点组成，另一个由符号未知的无法观测的节点组成。可观测节点的符号集合称为部分模式（PartialPattern）。人为假定未知节点的符号，可以观测部分模式的扩展模式（ExpandedPattern），扩展模式的因果图的最大强连通支就是故障源的候选节点。在故障诊断中，假设故障不通过符号为0的节点进行传播，只能沿着有效节点和一

8、致边进行传播。如果Y(nj)¹0，称节点nj为有效的；+-如果Y(dbk)F(bk)Y(dbk)=+，称边bk为一致的；+-其中Y(nj)是节点nj的符号，F(bk)是边bk的符号，Y(dbk)和Y(dbk)表示bk的起始节点和终止节点的符号。有效