淺析暖通空調(diào)系統(tǒng)故障檢測與診斷措施

蔡露露+崔秋峰

摘 要： 隨著建筑規(guī)模的不斷擴大，對暖通空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用提出了更高要求。保障暖通空調(diào)系統(tǒng)運行安全、穩(wěn)定，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、節(jié)能運行是目前該系統(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，降低室內(nèi)空氣質(zhì)量。因此，針對暖通空調(diào)系統(tǒng)加強故障檢測與診斷至關(guān)重要。 本文將結(jié)合暖通空調(diào)系統(tǒng)故障檢測與診斷的常用方法，并對該系統(tǒng)故障檢測與診斷技術(shù)進行探討，為進一步完善暖通空調(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；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)性和影響性極強的HVAC系統(tǒng)，倘若這個系統(tǒng)中有任何一個位置出現(xiàn)問題、發(fā)生故障，都會對其他設(shè)備和位置的運行情況產(chǎn)生影響，進而牽連到整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和控制性能。

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，對整個HVAC系統(tǒng)的影響大小也不盡相同。硬故障是指機械設(shè)備和運轉(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)機停止運行等故障。從故障產(chǎn)生時間的角度分析，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，所以檢測和診斷的難度系數(shù)不大。軟故障的實質(zhì)是說設(shè)備和部件的機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，而這些數(shù)據(jù)信息最終都是由人工來進行處理和分析的，對故障的檢測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)定運行，但也許會有帶來一些不確定問題。

二、暖通空調(diào)系統(tǒng)故障檢測與診斷常用方法

1、直接方法

直接方法主要是指在暖通空調(diào)系統(tǒng)運行中，以不同的輸入、輸出參數(shù)為依據(jù)作為故障檢測基本癥狀，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分類器中癥狀進行具體分類，即對系統(tǒng)故障進行分類，再以此為依據(jù)作出準(zhǔn)確故障診斷結(jié)果。該故障檢測與診斷方法常用于分類器設(shè)計中，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現(xiàn)對設(shè)備自動故障檢測與診斷，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，該方法的應(yīng)用前提條件是要先設(shè)立正常系統(tǒng)運行條件，并對已經(jīng)確定的故障進行系統(tǒng)建模。在此基礎(chǔ)上構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化模型系統(tǒng)，進而展開進一步針對性預(yù)測，再將預(yù)測結(jié)果所得參數(shù)與實測參數(shù)對比，將對比后偏差作為輸入?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)實時地監(jiān)測設(shè)備的工作狀態(tài)，基于適時的在線故障檢測與診斷算法，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、故障報警等。另一種是離線方式，即構(gòu)建計算機輔助決策支持系統(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)知識故障診斷庫，并可根據(jù)經(jīng)驗和知識的積累以及在獲得了新的、可靠的故障診斷規(guī)則時或發(fā)現(xiàn)原有某條規(guī)則不足甚至錯誤時，能自動進行添加、修改和更新。 專家系統(tǒng)診斷模塊由知識獲取系統(tǒng)、知識庫、推理機和輸人、輸出系統(tǒng)構(gòu)成。

（2）基于規(guī)則的故障樹

利用專家知識、工程師的經(jīng)驗和知識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)點和樹枝，直到找出故障的發(fā)生原因及處理對策。

（3）基于人工神經(jīng)網(wǎng) B P改進算法的模式識別

該模塊由 B P改進算法的網(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；但對于以前沒有發(fā)生過的故障，不具備處理能力，因為知識庫中缺乏相應(yīng)的診斷知識。采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ A N N） 模式識別技術(shù)是一種較好的方案。它根據(jù)新的樣本進行自動學(xué)習(xí)和訓(xùn)練以更新故障診斷知識，并可添加到專家系統(tǒng)知識庫中。A N N的故障初始樣本來自已有的故障實例，這些實例可通過故障機理分析或?qū)＜医?jīng)驗獲得，此外還可在應(yīng)用中逐步添加、刪除和更新。

2、故障檢測與診斷的應(yīng)用

隨著科技的進步，現(xiàn)在的故障檢測和診斷手段嵌入了動態(tài)的控制系統(tǒng)體系，完善了檢測和診斷的技術(shù)。制定一些模型數(shù)值或者一些經(jīng)驗數(shù)據(jù)，當(dāng)傳感器測量得到的實際運行過程中的參數(shù)和由模型得到的計算值在診斷軟件中進行對比和評估，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，如果這個差值逐漸的增大時，就說明了這個系統(tǒng)發(fā)生故障的可能性就會增加。根據(jù)檢測系統(tǒng)的分析，就會將故障的診斷結(jié)果及時傳送出去進行顯示。這些故障診斷由輸入的數(shù)據(jù)類型、復(fù)雜程度、性質(zhì)等進行分區(qū)，較難的診斷就會需要長時間來完成，或者由更高層次的診斷設(shè)備來完成。

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

按照故障的級別和故障的優(yōu)先級不同，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、需要更多知識和能的故障診斷（如診斷周期需要一天或一個月的將由更高層次的診斷工具（或計算機）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，針對暖通空調(diào)系統(tǒng)加強故障檢測與診斷對保證系統(tǒng)正常運行，提高室內(nèi)空氣質(zhì)量有著重要作用。為進一步提高暖通空調(diào)系統(tǒng)故障檢測與診斷技術(shù)，應(yīng)充分結(jié)合技術(shù)理論及經(jīng)濟性理論，在提高系統(tǒng)整體可靠性的同時，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。同時加強故障檢測與診斷技術(shù)研究，對進一步推進我國暖通空調(diào)系統(tǒng)創(chuàng)新發(fā)展也有著重要意義。■

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