淺析暖通空調(diào)系統(tǒng)故障檢測(cè)與診斷措施

蔡露露+崔秋峰

摘 要： 隨著建筑規(guī)模的不斷擴(kuò)大，對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用提出了更高要求。保障暖通空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行安全、穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、節(jié)能運(yùn)行是目前該系統(tǒng)的主要問題。在暖通空調(diào)系統(tǒng)日常應(yīng)用中，常出現(xiàn)不同類型故障影響系統(tǒng)運(yùn)行，當(dāng)診斷調(diào)試后仍可能出現(xiàn)故障，直接造成資源浪費(fèi)，降低室內(nèi)空氣質(zhì)量。因此，針對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)加強(qiáng)故障檢測(cè)與診斷至關(guān)重要。 本文將結(jié)合暖通空調(diào)系統(tǒng)故障檢測(cè)與診斷的常用方法，并對(duì)該系統(tǒng)故障檢測(cè)與診斷技術(shù)進(jìn)行探討，為進(jìn)一步完善暖通空調(diào)系統(tǒng)提供理論參考。

關(guān)鍵詞： 暖通空調(diào)系統(tǒng)；故障檢測(cè)；診斷措施；故障原因

一、暖通空調(diào)系統(tǒng)故障原因

HVAC系統(tǒng)整合了多種設(shè)備，很多參數(shù)互相配合和融合，使整個(gè)系統(tǒng)變得十分復(fù)雜，增加了故障之間的連接性和影響性。多個(gè)種類的空調(diào)設(shè)備通過管道連接而形成關(guān)聯(lián)性和影響性極強(qiáng)的HVAC系統(tǒng)，倘若這個(gè)系統(tǒng)中有任何一個(gè)位置出現(xiàn)問題、發(fā)生故障，都會(huì)對(duì)其他設(shè)備和位置的運(yùn)行情況產(chǎn)生影響，進(jìn)而牽連到整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和控制性能。

暖通空調(diào)系統(tǒng)的故障大體可分成兩大類：硬故障和軟故障，既有局部性也有全面性，對(duì)整個(gè)HVAC系統(tǒng)的影響大小也不盡相同。硬故障是指機(jī)械設(shè)備和運(yùn)轉(zhuǎn)部件完全喪失功能所產(chǎn)生的故障，例如皮帶斷裂、傳感器失效、閥門不受控制和風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行等故障。從故障產(chǎn)生時(shí)間的角度分析，這些故障應(yīng)當(dāng)歸為突發(fā)故障，且故障影響效果比較嚴(yán)重，所以檢測(cè)和診斷的難度系數(shù)不大。軟故障的實(shí)質(zhì)是說設(shè)備和部件的機(jī)械功能降低或局部失效等，比如部件或管道結(jié)垢、堵塞，局部泄露、儀表穩(wěn)定性降低等等。

另外，HVAC系統(tǒng)中所包含的傳感器數(shù)量是極少的，因此缺少傳感器帶來是數(shù)據(jù)和信息，降低系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)性，而且，HVAC系統(tǒng)所整合數(shù)據(jù)比較多也比較復(fù)雜，通常都會(huì)給系統(tǒng)的控制者增大管理難度，由于系統(tǒng)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和信息不能通過圖案和文字直觀的表現(xiàn)出來，其多變性較強(qiáng)，而這些數(shù)據(jù)信息最終都是由人工來進(jìn)行處理和分析的，對(duì)故障的檢測(cè)和診斷器械和軟件也必須通過人來判斷，還有就是系統(tǒng)的控制者比較容易忽視的故障和隱患，盡管這些故障不能干擾系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，但也許會(huì)有帶來一些不確定問題。

二、暖通空調(diào)系統(tǒng)故障檢測(cè)與診斷常用方法

1、直接方法

直接方法主要是指在暖通空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行中，以不同的輸入、輸出參數(shù)為依據(jù)作為故障檢測(cè)基本癥狀，直接將這些癥狀輸入分類器中。利用預(yù)期設(shè)置完成的分類策略對(duì)分類器中癥狀進(jìn)行具體分類，即對(duì)系統(tǒng)故障進(jìn)行分類，再以此為依據(jù)作出準(zhǔn)確故障診斷結(jié)果。該故障檢測(cè)與診斷方法常用于分類器設(shè)計(jì)中，較常見的分類方法如專家規(guī)則、貝葉斯分類法等等。利用這些具體方法可有效實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備自動(dòng)故障檢測(cè)與診斷，效果良好，操作便利，診斷數(shù)據(jù)較準(zhǔn)確。

2、間接方法

間接方法主要是指通過系統(tǒng)模型預(yù)測(cè)，該方法的應(yīng)用前提條件是要先設(shè)立正常系統(tǒng)運(yùn)行條件，并對(duì)已經(jīng)確定的故障進(jìn)行系統(tǒng)建模。在此基礎(chǔ)上構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化模型系統(tǒng)，進(jìn)而展開進(jìn)一步針對(duì)性預(yù)測(cè)，再將預(yù)測(cè)結(jié)果所得參數(shù)與實(shí)測(cè)參數(shù)對(duì)比，將對(duì)比后偏差作為輸入?yún)?shù)，再輸入至分類器，確定故障類型。其分類方法包括貝葉斯分類法、故障樹與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等等。其主要建模方法則為回歸法等。

三、暖通空調(diào)系統(tǒng)故障檢測(cè)與診斷分析

1、暖通空調(diào)系統(tǒng)診斷方法

暖通空調(diào)故障診斷方式主要有兩種：一種是在線方式，即故障診斷系統(tǒng)實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)設(shè)備的工作狀態(tài)，基于適時(shí)的在線故障檢測(cè)與診斷算法，給出系統(tǒng)的故障信息，包括故障程度、故障所屬模塊、故障位置、故障報(bào)警等。另一種是離線方式，即構(gòu)建計(jì)算機(jī)輔助決策支持系統(tǒng)，幫助系統(tǒng)迅速發(fā)現(xiàn)故障，制定合理有效的系統(tǒng)維修方案。

（1）基于知識(shí)的專家系統(tǒng)

建立專家系統(tǒng)診斷模塊，包括專家系統(tǒng)知識(shí)故障診斷庫，并可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)的積累以及在獲得了新的、可靠的故障診斷規(guī)則時(shí)或發(fā)現(xiàn)原有某條規(guī)則不足甚至錯(cuò)誤時(shí)，能自動(dòng)進(jìn)行添加、修改和更新。 專家系統(tǒng)診斷模塊由知識(shí)獲取系統(tǒng)、知識(shí)庫、推理機(jī)和輸人、輸出系統(tǒng)構(gòu)成。

（2）基于規(guī)則的故障樹

利用專家知識(shí)、工程師的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)庫建立基本故障診斷樹，并可生成新的故障診斷樹，用戶則選擇相適應(yīng)的故障診斷樹來執(zhí)行故障診斷。

故障樹分析是在復(fù)雜系統(tǒng)中作故障診斷的一種有力工具。用這種方法診斷的效率較高且不容易漏檢，例如該模塊能根據(jù)系統(tǒng)故障現(xiàn)象，逐次向下展開，查詢有關(guān)的節(jié)點(diǎn)和樹枝，直到找出故障的發(fā)生原因及處理對(duì)策。

（3）基于人工神經(jīng)網(wǎng) B P改進(jìn)算法的模式識(shí)別

該模塊由 B P改進(jìn)算法的網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)參數(shù)及推理診斷等組成，主要用于完成模式識(shí)別和故障診斷。專家系統(tǒng)診斷與故障樹診斷兩種方法的相互結(jié)合，可以有效地解決過去已發(fā)生過的各種故障的診斷；但對(duì)于以前沒有發(fā)生過的故障，不具備處理能力，因?yàn)橹R(shí)庫中缺乏相應(yīng)的診斷知識(shí)。采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ A N N） 模式識(shí)別技術(shù)是一種較好的方案。它根據(jù)新的樣本進(jìn)行自動(dòng)學(xué)習(xí)和訓(xùn)練以更新故障診斷知識(shí)，并可添加到專家系統(tǒng)知識(shí)庫中。A N N的故障初始樣本來自已有的故障實(shí)例，這些實(shí)例可通過故障機(jī)理分析或?qū)＜医?jīng)驗(yàn)獲得，此外還可在應(yīng)用中逐步添加、刪除和更新。

2、故障檢測(cè)與診斷的應(yīng)用

隨著科技的進(jìn)步，現(xiàn)在的故障檢測(cè)和診斷手段嵌入了動(dòng)態(tài)的控制系統(tǒng)體系，完善了檢測(cè)和診斷的技術(shù)。制定一些模型數(shù)值或者一些經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，當(dāng)傳感器測(cè)量得到的實(shí)際運(yùn)行過程中的參數(shù)和由模型得到的計(jì)算值在診斷軟件中進(jìn)行對(duì)比和評(píng)估，它們之間的差值作為傳送的數(shù)據(jù)，送到故障診斷分析其中的問題，如果這個(gè)差值逐漸的增大時(shí)，就說明了這個(gè)系統(tǒng)發(fā)生故障的可能性就會(huì)增加。根據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)的分析，就會(huì)將故障的診斷結(jié)果及時(shí)傳送出去進(jìn)行顯示。這些故障診斷由輸入的數(shù)據(jù)類型、復(fù)雜程度、性質(zhì)等進(jìn)行分區(qū)，較難的診斷就會(huì)需要長(zhǎng)時(shí)間來完成，或者由更高層次的診斷設(shè)備來完成。

暖通空調(diào)系統(tǒng)故障的檢測(cè)方法。在以前，我們所用的方法就是用直接、解析和時(shí)序三種冗余法來進(jìn)行檢測(cè)。基于定量模型法在相同的情況下可以通過比較實(shí)際系統(tǒng)或者仿真的模型運(yùn)行狀態(tài)來進(jìn)行檢測(cè)和診斷系統(tǒng)故障，但是在執(zhí)行的時(shí)候需要具體的、精確的數(shù)據(jù)模型來進(jìn)行檢測(cè)。還有一些基于定型模型法、基于統(tǒng)計(jì)學(xué)法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和模式識(shí)別法等可以對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)的故障來進(jìn)行檢測(cè)。

按照故障的級(jí)別和故障的優(yōu)先級(jí)不同，不同故障在不同的診斷層次上來診斷。在分布式控體系（DCS）中，駐留在不同層級(jí)上的故障診斷工主要由輸入數(shù)據(jù)的類型、性質(zhì)、復(fù)雜程度和診斷具使用的頻率來區(qū)分，復(fù)雜的、需要更多知識(shí)和能的故障診斷（如診斷周期需要一天或一個(gè)月的將由更高層次的診斷工具（或計(jì)算機(jī)）來完成，由現(xiàn)在傳感器性能的提高，大量的、低端的故障診傾向于在傳感器中就地解決。

四、結(jié)束語

綜上所述，針對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)加強(qiáng)故障檢測(cè)與診斷對(duì)保證系統(tǒng)正常運(yùn)行，提高室內(nèi)空氣質(zhì)量有著重要作用。為進(jìn)一步提高暖通空調(diào)系統(tǒng)故障檢測(cè)與診斷技術(shù)，應(yīng)充分結(jié)合技術(shù)理論及經(jīng)濟(jì)性理論，在提高系統(tǒng)整體可靠性的同時(shí)，提高暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能性，有效降低暖通空調(diào)出現(xiàn)故障的幾率，提升暖通空調(diào)應(yīng)用質(zhì)量及壽命。同時(shí)加強(qiáng)故障檢測(cè)與診斷技術(shù)研究，對(duì)進(jìn)一步推進(jìn)我國(guó)暖通空調(diào)系統(tǒng)創(chuàng)新發(fā)展也有著重要意義。■

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