畢業(yè)設(shè)計開題報告測控技術(shù)與儀器故障診斷試驗系統(tǒng)設(shè)計——故障定位一、研究的背景和意義近幾十年來，工業(yè)生產(chǎn)的過程監(jiān)測與故障診斷一直是流程工業(yè)系統(tǒng)關(guān)注的主要問題之一。它通過監(jiān)測生產(chǎn)過程的運行狀態(tài)，及時檢測故障發(fā)生、過程干擾以及其它的異常工況，定位并診斷引發(fā)故障的原因變量，從而保證生產(chǎn)過程安全運行，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。隨著現(xiàn)代工業(yè)及科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，特別是計算機(jī)相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)的重大突破，現(xiàn)代流程工業(yè)系統(tǒng)正在不斷地朝著大規(guī)?；?、復(fù)雜化與智能化方向發(fā)展。這一趨勢，一方面帶來了更高的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)利益；另一方面，也使得影響系統(tǒng)正常運行的因素驟然增加，導(dǎo)致其產(chǎn)生故障或者失效的潛在可能性也越來越大[l]。這類系統(tǒng)一旦發(fā)生故障，其造成的后果不僅會帶來經(jīng)濟(jì)或人員的損失，而且也可能對生態(tài)環(huán)境造成無法恢復(fù)的污染。國內(nèi)1950?1979年統(tǒng)計的186起重大事故中，基于模式識別的流程工業(yè)生產(chǎn)在線故障診斷若干問題研究有 48起與流程工業(yè)有關(guān) [2]。1979年，美國三里島核電站由于操作人員失誤以及設(shè)備的連鎖失效導(dǎo)致放射性物質(zhì)經(jīng)貯存罐釋放到大氣中，經(jīng)濟(jì)損失達(dá)到十億美元 [3]。1986年4月，前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站因操作人員違章操作而使 4號反應(yīng)堆內(nèi)石墨燃燒導(dǎo)致原子堆芯融化而發(fā)生反應(yīng)堆爆炸，致使 20多人死亡，經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)幾十億美元[4]。當(dāng)然在流程工業(yè)中，重大事故是不可能經(jīng)常發(fā)生，但是小事故卻每天都在發(fā)生，這些小事故每年給美國造成了上百億美元的損失，以及給世界造成上千億美元的損失 [5-6]。這些大大小小的事故無時無刻不在提醒人們，現(xiàn)代流程工業(yè)系統(tǒng)運行的安全性和可靠性已成為人類朝現(xiàn)代化方向發(fā)展中一個必須解決的問題。國內(nèi)外許多資料表明，開展故障診斷的經(jīng)濟(jì)效益是明顯的。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計，我國每年用于設(shè)備維修的費用僅冶金部就達(dá) 250億元，如果將故障診斷這項技術(shù)推廣，每年可以減少事故 50％---70％，節(jié)約維修費用10％-30％，效益相當(dāng)可觀 [7]。由于缺少故障診斷系統(tǒng)，美國石化工業(yè)每年估計將導(dǎo)致大約二百億美元的損失 [8]。相似的事故每年導(dǎo)致英國二百七十億美元的經(jīng)濟(jì)損失 [9]。浙江省是我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展大省，其中供電能力持續(xù)增強是保證工業(yè)經(jīng)濟(jì)增長的主要保證。主要通過利用我國風(fēng)力、水力、火力、潮汐、核能等多種能源進(jìn)行發(fā)電。其中,不僅在北侖、鎮(zhèn)海、臺州、溫州、長興、嘉興等建有大型火力發(fā)電廠,還有新安江、富春江、烏溪江、緊水灘等大型水力發(fā)電廠。省內(nèi)的三門核電站、灘坑水電站等大型電力項目正在籌建之中,一批大型火電廠可望在近年內(nèi)建成發(fā)電。也就是說電力是浙江能源的主要部分，要充分保證浙江的能源安全，首先必須確保發(fā)電系統(tǒng)的安全運行。所以，對發(fā)電大機(jī)組，實施狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)和系統(tǒng)，是保證這些大型發(fā)電機(jī)組的安全、可靠、、高效連續(xù)運行的必要手段。同時，本項目的研究成果還可以推廣應(yīng)用于煉化、冶金、交通及其它的工業(yè)生產(chǎn)部門，在本省也具有廣泛的市場前景。通過國內(nèi)外許多資料表明，在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)的研究不僅可以保障系統(tǒng)和人身安全，還具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。對于正在大力提倡、推行節(jié)約型地低碳社會更是有著現(xiàn)實意義。二、故障診斷研究的最新成果及動態(tài)流程工業(yè)設(shè)備的故障診斷，按診斷的對象，可分為設(shè)備級的故障診斷和系統(tǒng)級的故障診斷。設(shè)備級故障診斷是指以設(shè)備本身為研究對象，在設(shè)備運行當(dāng)中掌握其運行狀態(tài)，早期發(fā)現(xiàn)故障，判斷故障的部位和原因，以及預(yù)報故障的發(fā)展趨勢[10]；系統(tǒng)級故障診斷是以設(shè)備群為研究對象，掌握系統(tǒng)中設(shè)備的運行狀態(tài)，通過聯(lián)合分析各設(shè)備的狀態(tài)，找出發(fā)生故障的設(shè)備元件。國外發(fā)展情況國外狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷近 20年發(fā)展迅速。根據(jù)最新資料報道 :西方國家正投入大量人力、物力進(jìn)行這項技術(shù)的工業(yè)化研究以及相關(guān)基礎(chǔ)性應(yīng)用技術(shù)研究。如歐洲共同體的英、法、芬蘭、希臘從 1996年5月起，開始了一項利用人工智能和仿真技術(shù)提高狀態(tài)監(jiān)測和診斷系統(tǒng)的功能與精度的 “VISIG”大型聯(lián)合項目的研究。法國從 70年代末開始實施一項名為“利用永久性狀態(tài)監(jiān)測實現(xiàn)狀態(tài)檢修(SAD)"的研究計劃，現(xiàn)已成功地用在了法國4個核電廠的汽輪發(fā)電機(jī)組、反應(yīng)堆循環(huán)泵、壓力容器上，計劃配給法國全部核電廠。 PSAD系統(tǒng)是主工作站、分析工作站和遠(yuǎn)程站組成，可以實現(xiàn)主要部件的在線故障檢測、利用專家系統(tǒng)對故障的評估、向全國性分析中心發(fā)送監(jiān)測數(shù)據(jù)等功能。 90年代中期，其專家系統(tǒng)PSDA及其DIVA子系統(tǒng)在透平發(fā)電機(jī)組和反應(yīng)堆冷卻泵的自動診斷上得到了應(yīng)用。另外瑞士的ABB公司、德國的西門子公司、丹麥的 B&K公司等都開發(fā)出了各自的診斷系統(tǒng)。他們利用高速信息傳輸，建立了州級和地區(qū)性的振動監(jiān)測分析大型網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)遠(yuǎn)距離對機(jī)組的集中實時監(jiān)測、分析、診斷；利用建立的機(jī)組運行狀態(tài)數(shù)據(jù)庫，如北美能源可靠性咨詢數(shù)據(jù)系統(tǒng)(NERCGADS數(shù)據(jù)庫，準(zhǔn)確預(yù)測設(shè)備性能或潛在故障的趨勢，為電廠的運行監(jiān)測和狀態(tài)檢修提供可靠的技術(shù)依據(jù)。然而，流程工業(yè)系統(tǒng)的系統(tǒng)級故障診斷技術(shù)還不夠完善，診斷方法還有待發(fā)展。目前對于多點故障警報的判斷仍以人工參與為主。過多的警報狀態(tài)，往往導(dǎo)致操作者無法準(zhǔn)確地定位故障的根源，而延誤了維修時間，甚至可能發(fā)生錯誤的決策，使情況更加惡化。為了減少人工參與診斷帶來的誤操作，提高復(fù)雜流程系統(tǒng)的自動化程度是十分必要的。對流程工業(yè)系統(tǒng)的故障診斷，迫切需要一種系統(tǒng)級故障診斷方法來分析設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)、設(shè)備故障的耦合，找出引起系統(tǒng)故障的根源。丹麥技術(shù)大學(xué)的MortenLind于1990年提出了多級流模型MFM的建模方法能建立起復(fù)雜分布式系統(tǒng)的物質(zhì)、能量、信息的相互關(guān)系模型，為分布式智能系統(tǒng)的分析提供了有效的工具［11-12］oMFM是一種圖形表達(dá)的、形式化的建模方法。到目前為止，多級流的理論、算法、實驗以及流程工業(yè)現(xiàn)場案例應(yīng)用已日趨成熟，Larsson于2006年對基于多級流的診斷方法申請了美國專利(US7062358-Systemapparatusandmethodfordiagnosingaflowsystem)。然而，在國內(nèi)，對于MFM勺研究工作還很少。僅發(fā)現(xiàn)臺灣學(xué)者高信培博士的研究團(tuán)隊把MFME用到供應(yīng)鏈白^預(yù)警診斷中［13-14］和留學(xué)日本的學(xué)者楊明等人發(fā)表了一篇基于MFMf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合進(jìn)行故障診斷的方法的論文。 認(rèn)為MFMT法比傳統(tǒng)的基于模型的和基于規(guī)則的標(biāo)準(zhǔn)專家具有更高的效率和實時性。目前，它已經(jīng)在電力、化工等流程工業(yè)系統(tǒng)中得到了一定的應(yīng)用。國內(nèi)發(fā)展情況我國在故障診斷技術(shù)方面的研究起步較晚，但是發(fā)展很快，早在 70年代末到80年代初，主要通過吸收國外先進(jìn)技術(shù)，對一些故障機(jī)理和診斷方法進(jìn)行研究。隨著工業(yè)的發(fā)展，從 80年代初期到現(xiàn)在，我國全方位開展了機(jī)械設(shè)備的故障診斷研究，引入人工智能等先進(jìn)技術(shù)，大大推動了診斷系統(tǒng)的研制和實施。1983年，中國機(jī)械工程學(xué)會設(shè)備維修分會在南京召開了首次“設(shè)備故障診斷和狀態(tài)監(jiān)測研討會”，標(biāo)志著我國診斷技術(shù)的研究進(jìn)入了一個新的發(fā)展階段，隨后又成立了一些行業(yè)協(xié)會和學(xué)術(shù)團(tuán)體。這期間，國際國內(nèi)學(xué)術(shù)交流頻繁，對于基礎(chǔ)理論和故障機(jī)理的研究十分活躍，并研制出了我國自己的在線監(jiān)測與故障診斷裝置，“八五”期間還進(jìn)行了大容量火電機(jī)組監(jiān)測診斷系統(tǒng)的研究 [15-19]。目前我國從事汽輪機(jī)故障診斷技術(shù)研究與開發(fā)的單位有幾十家，主要有哈爾濱工業(yè)大學(xué)、西安交通大學(xué)、清華大學(xué)、華中理工大學(xué)、東南大學(xué)、上海交通大學(xué)、華北電力大學(xué)等高等院校，這些院校對系統(tǒng)的研究和開發(fā)重點多放在診斷技術(shù)中數(shù)學(xué)算法的研究上，對診斷系統(tǒng)如何在現(xiàn)場實際中達(dá)到實用考慮不多，影響了故障診斷技術(shù)在現(xiàn)場的應(yīng)用推廣。因此國內(nèi)在實現(xiàn)監(jiān)測和故障診斷，提高故障診斷的及時性和準(zhǔn)確性，為狀態(tài)維修提供相應(yīng)數(shù)據(jù)等方面還需做進(jìn)一步的研究。三、課題的研究內(nèi)容及擬采取的研究方法（技術(shù)路線）、研究難點及預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)研究內(nèi)容1簡要分析故障定位算法所需的理論知識，包括 MFMS模技術(shù)研究；討論具體的算法，分析各種現(xiàn)有算法的優(yōu)缺點并完善之；完成具體算法在單片機(jī)上的實現(xiàn)及其診斷系統(tǒng)實施方法研究；基于多級流模型的間歇工業(yè)過程故障診斷系統(tǒng)開發(fā)及試驗；擬采取的研究方案（技術(shù)路線）

里腳與讀嘴匿騙I與您嘶 信思修#娃=單元，單元 蛾障畛斷:里腳與讀嘴匿騙I與您嘶 信思修#娃=單元，單元 蛾障畛斷:H母摸型功育酸理局域網(wǎng) 箱域3>斷方法庫一■研究基于信息冗余和MFM關(guān)系模型的傳感器在線故障診斷及虛擬傳感器構(gòu)建技術(shù)。在監(jiān)測、診斷及控制系統(tǒng)中，應(yīng)用各種各樣的傳感器來獲取不同的信息，這些傳感器形成了傳感器網(wǎng)絡(luò)。在傳感器網(wǎng)絡(luò)中各種傳感器所監(jiān)測的信息往往是冗余的，如溫度、流量、壓力、功率等，其中的一個量可以其它的量按量之間的相互關(guān)系而得到。項目研究一種基于這種傳感器信息冗余和反映傳感器之間關(guān)系的MFM1型的在線故障診斷及虛擬傳感器構(gòu)建技術(shù)； 具體的方法是：一旦某個傳感器出現(xiàn)量值的變化，監(jiān)測智能體根據(jù)MFM真型，與相關(guān)的智能體進(jìn)行信息交互，并進(jìn)行計算，如果與之相關(guān)的傳感器的量值能滿足MFM勺約束要求，則判別傳感器狀態(tài)正常，進(jìn)行對象的診斷；如果從相關(guān)智能體交互的信息得知，其它傳感器量沒有發(fā)生按MFM勺束的變化，且其它傳感器能滿足MFM勺關(guān)系，則判明傳感器故障，根據(jù)其故障的嚴(yán)重程度，給出故障標(biāo)識。這時，此傳感器的量值，可以通過據(jù)MFMK型相關(guān)的傳感器的值來計算得到，此時的傳感器是虛擬的。研究難點及預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)(1)分布式診斷的復(fù)雜分布式設(shè)備圖形化MFM#模及診斷任務(wù)分解技術(shù);(2)信息冗余和MFM1系模型的傳感器在線故障診斷和虛擬傳感器技術(shù)；(3)故障定位具體算法和診斷系統(tǒng)開放式體系結(jié)構(gòu)及其實施方法；4)面向分布式設(shè)備智能監(jiān)測與診斷的嵌入式系統(tǒng)工程開發(fā)技術(shù)。本課題研究預(yù)計將完成一套狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷體系結(jié)構(gòu)的智能硬件系統(tǒng)，所開發(fā)的在線狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)能對機(jī)組快變、緩變、鍵相信號等狀態(tài)信號進(jìn)行整周期采集，對大量數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)存儲和管理，對所采集的高速、多通道信號進(jìn)行實時分析處理，對機(jī)組產(chǎn)生的故障進(jìn)行定位，并對運行狀態(tài)進(jìn)行多參數(shù)綜合預(yù)報?；贛FM的故障診斷方法為具有復(fù)雜耦合設(shè)備的流程工業(yè)系統(tǒng)的故障分析與診斷提供有效的方法。四、研究工作詳細(xì)進(jìn)度和安排2010.10.10?2010.12.10:接受任務(wù)，搜資調(diào)研，撰寫文獻(xiàn)綜述、開題及外文翻譯稿；2010.12.10?2011.02.25:完成文獻(xiàn)綜述和開題報告、外文翻譯稿；2011.02.28?11.03.15:方案設(shè)計；2011.03.15?11.03.30:方案分析論證，確定總體設(shè)計方案；2011.03.30?11.04.10:初步總體結(jié)構(gòu)設(shè)計；2011.04.10?11.04.20:實習(xí)；2011.04.20?11.05.10:完善總體設(shè)計，具體程序設(shè)計；2011.05.10?11.05.20:撰寫設(shè)計說明書；2011.05.20? ：整理完善各種設(shè)計材料，答辯。五、參考文獻(xiàn)Venkatasubramanian,V.,Rengaswamy,R.,Yin,K..AreviewofprocessfaultdetectionanddiagnosisPartI:Quantitativemodel-basedmethods[J].ComputersandChemicalEngineering.2003,27(3):293-311..NimmoIAdequatelyaddressabnormalsituationoperations1995(09)/news/content.aspx?NewsId=133565.田增華.汽輪機(jī)組振動故障診斷及專家系統(tǒng)研究[D].碩士學(xué)位論文 .2007.Statistics,B.o.L.Occupationalinjuriesandillnessesintheunitedstatesbyindustry[J].Washington,DC:GovernmentPrintingOffice.1998.Council,N.S.InjuryFacts,1999Edition[J].Itaska,IL: NSC.1999..王海清工業(yè)過程監(jiān)測:基于小波和統(tǒng)計學(xué)的方法 [D].博士學(xué)位論文 .2009.Nimmo,I.Adequatelyaddressabnormaloperations[J]. ChemicalEngineeringProgress.1995,91(9):36-45.Laser,M.Recentsafetyandenvironmentallegislation[J].TransIchemE.2000,78:419-422.楊志伊,鄭文.設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷 [M].北京:中國計劃出版社 ,2006.Proc6pio,E.AHierarchicalAdaptiveDistributed System-LevelDiagnosisAlgorithm[J].IEEETRANSACTIONSONCOMPUTERS.1998:34-4