王秀全

摘 要：本文簡單闡述了暖通空調(diào)中的自動檢測故障及其診斷，故障發(fā)生的原因及診斷方法，了解了常用的故障檢測的優(yōu)點和缺點。說明了暖通空調(diào)行業(yè)中的自動故障檢測的現(xiàn)狀和應(yīng)用情況，并且做出了相應(yīng)的總結(jié)。

關(guān)鍵詞：自動故障檢測 ；診斷 ；暖通空調(diào) ；研究與實踐

暖通空調(diào)因為安裝條件和運行發(fā)生變化，再加上長時間的運行，在其性能上會呈衰退狀態(tài)。自動故障檢測及其診斷可以進行實時監(jiān)測暖通空調(diào)的運行和優(yōu)化參數(shù)，可以進行故障報警、診斷和隔離，還可進行系統(tǒng)性的評估和維護，所以其能夠降低暖通空調(diào)的能源消耗，延長暖通空調(diào)的使用壽命，防止發(fā)生問題。近年來，故障監(jiān)測與診斷技術(shù)發(fā)展迅速，比如航天、化工、煉油等領(lǐng)域。其中，故障檢測與診斷技術(shù)在暖通空調(diào)的領(lǐng)域也得到了很好的應(yīng)用和發(fā)展，采用自動故障檢測與診斷能夠優(yōu)化暖通空調(diào)運行，有利于降低建筑能量消耗，有利于提高其經(jīng)濟性；同時它還能夠提高舒適性和用戶的健康條件，增加可靠性和經(jīng)濟性。

1 自動故障檢測與診斷的流程和故障

故障診斷能夠了解到暖通空調(diào)系統(tǒng)失效的原因，故障診斷的流程分為：故障檢測，檢查系統(tǒng)情況；識別故障，出現(xiàn)異常的情況分析原因；故障評價，系統(tǒng)失常程度和影響程度；故障決策，根據(jù)故障結(jié)果來進行存在和恢復(fù)的情況。故障的恢復(fù)包括兩種，硬故障恢復(fù)和軟故障恢復(fù)。硬故障恢復(fù)指的是停機后用維修的方法來恢復(fù)故障，軟故障恢復(fù)并不是依靠維修排除故障，而是修改設(shè)定值或者讀數(shù)來恢復(fù)故障。

按照嚴重的程度能夠分為硬故障和軟故障，硬故障指的是完全失效的器件故障，比如閥門堵塞、風機不能正常運轉(zhuǎn)、傳感器讀數(shù)完全失效等。硬故障存在突發(fā)性，屬于大故障范圍，它很容易被檢測到。軟故障指的器件部分失效或者其性能下降，比如閥門泄露，傳感器出現(xiàn)偏差現(xiàn)象，風機盤管出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象，軟故障存在漸變性，不容易被檢測到。所以說，軟故障要比硬故障更加嚴重。

按照故障器件的不同能夠分為元件故障和傳感器故障，風機、水閥、制冷劑和水泵等屬于元件故障，傳感器故障是傳感器出現(xiàn)偏差或失效的故障。在暖通空調(diào)中存在溫度傳感器，壓力傳感器和流量傳感器等故障。故障分類通常不是孤立的，而是交織起來的。在同個系統(tǒng)中，能夠存在硬故障、軟故障、元件故障、傳感器故障，因此故障具有復(fù)雜性。

2 自動故障檢測與診斷的研究進展

2.1 國外自動故障檢測和診斷技術(shù)的發(fā)展

國外的暖通空調(diào)系統(tǒng)的故障特點：涉及范圍廣，各種診斷故障門類齊全；研究技術(shù)早，國外的各種故障檢測和診斷交流較活躍；診斷故障的軟件很多；暖通空調(diào)故障診斷系統(tǒng)和別的專業(yè)有很大的聯(lián)系，比如自動控制，計算機等。

（1）對自動故障檢測與診斷技術(shù)的調(diào)查研究進展。國外重點調(diào)查過檢測的統(tǒng)計方法，解決了殘差的問題；運用多種狀態(tài)檢測定位部件故障；總結(jié)某些基本故障中的檢測方法等研究。

（2）故障的檢測及其性能能夠影響到研究的進展。以前的自動故障檢測和診斷技術(shù)都需要使用人工方法來研究性能。比如使用閥門的開度來研究管路的阻力，有少數(shù)的研究涉及到故障對系統(tǒng)的性能影響。

（3）故障修復(fù)頻率及其成本的研究。關(guān)于暖通空調(diào)系統(tǒng)分析故障原因的文獻很少，因此對此有過最廣泛的研究。

（4）暖通空調(diào)設(shè)備中自動故障檢測與診斷技術(shù)的研究。自動故障檢測與診斷技術(shù)一開始只是應(yīng)用于制冷設(shè)備，但由于考慮到微處理器和設(shè)備成本，大量的科研者開始投入到這個領(lǐng)域。

2.2 國內(nèi)自動故障檢測與診斷技術(shù)的發(fā)展

國內(nèi)有關(guān)于很多檢測診斷的書籍論文，但都偏向于對結(jié)霜融霜控制，缺乏對優(yōu)化運行和故障診斷的研究，利用計算機仿真技術(shù)來進行預(yù)測和監(jiān)視。

（1）對性能的控制、優(yōu)化和故障診斷的研究。

總結(jié)制冷系統(tǒng)中常見的故障機器，并通過常規(guī)知識來進行驗證；依據(jù)現(xiàn)有知識建立故障標準模式；提出方程組封閉性、穩(wěn)定狀態(tài)檢測等問題的解決方法；采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法來進行故障檢測與診斷；采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能方法來解決問題；暖通空調(diào)系統(tǒng)的性能優(yōu)化，并進行實驗解決一些問題。

（2）對傳感器故障診斷的研究

傳感器的自動故障檢測與診斷的內(nèi)容很少，因此陳友明教授對此進行實驗，分析了其研究現(xiàn)狀和應(yīng)用情況，并且采用PCA方法進行建模，對四類傳感器進行了檢測與診斷。

3 自動故障檢測與診斷的研究現(xiàn)狀

對暖通空調(diào)的自動故障檢測與診斷開始于1980年，很多學家對其進行了大量的研究。在元件和子系統(tǒng)方面的故障檢測進行了更加深入的研究。目前在傳感器故障診斷上進行了一些研究：利用精神網(wǎng)絡(luò)法檢測和診斷AHU的傳感器故障，并且采用回歸模型恢復(fù)其送風溫度；利用制冷機系統(tǒng)來停止診斷故障；利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷恢復(fù)送風流量傳感器和新風流量傳感器，實現(xiàn)容錯控制；采用直接求解方法來實現(xiàn)恢復(fù)傳感器故障；利用讀數(shù)進行故障檢測。

4 故障診斷的方法

故障診斷中最常用的方法是直接方法和間接方法。

直接方法就是將空調(diào)系統(tǒng)中的輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù)當做故障，將其輸入分類器中；分類器根據(jù)制定好的策略來進行故障分類，診斷出故障結(jié)果。分類器設(shè)計是直接方法的關(guān)鍵，分類器設(shè)計方法包括故障樹、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家規(guī)則和貝葉斯分類法。

間接方法需要在正常條件的系統(tǒng)情況、和已知的故障來進行建立系統(tǒng)模型，利用建立的系統(tǒng)模型來進行實時預(yù)測，將預(yù)測到的參數(shù)同實際測量到的參數(shù)的偏差，來進行故障分類。間接方法包括回歸法、物理原理法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊邏輯法。它的分類方法和直接方法相同，唯一不同之處就是建立模型的方法不同。因此要減少模型誤差，以此來提高診斷故障的準確性和可靠性。

5 自動故障檢測與診斷在暖通空調(diào)中的應(yīng)用

如今故障檢測與診斷在暖通空調(diào)中和制冷系統(tǒng)中有了很好的發(fā)展，且收到廣泛的應(yīng)用。早期的故障診斷工具一般都是手提式診斷器，當維修人員要進行設(shè)備維修的時候，用手提式診斷器來檢查系統(tǒng)故障。手提式診斷器的優(yōu)點在于一臺機器可以診斷檢測多種系統(tǒng)，所以手提式診斷器需要配置的傳感器的精度需要很高。它的缺點在于不能在線進行檢測和診斷，診斷出來的結(jié)果是一種靜態(tài)檢測結(jié)果，而不能反映動態(tài)檢測的結(jié)果。因此出于可靠性和安全性考慮，在此基礎(chǔ)上嵌入故障診斷和保護系統(tǒng)，設(shè)備的開啟和停止能夠起到保護的作用。

比如制冷系統(tǒng)的壓力超過上限的時候，保護系統(tǒng)認為有故障了便會自動停止運行。因此需要保證設(shè)備的使用壽命，還能夠保護到設(shè)備和工作人員的安全。但是保護系統(tǒng)智能對較大的故障問題進行檢測和診斷，如果系統(tǒng)的運行狀態(tài)出現(xiàn)惡化的情況就無法進行檢測了。而且在初期故障發(fā)生的時候，并不能及時檢測到，會造成能源上的巨大消耗。

然后使用暖通空調(diào)的人員開始從節(jié)約能源和舒適度進行開率，開發(fā)適用于系統(tǒng)故障診斷方法。比如將故障診斷供熱系統(tǒng)的系統(tǒng)應(yīng)用到城市供暖方面，此類診斷系統(tǒng)能夠及時診斷出設(shè)備運行情況，對其進行實時監(jiān)控和故障診斷，能夠更好的保證室內(nèi)舒適度，還能夠節(jié)約資源，但是，在時間和方法上，系統(tǒng)還是不太完善，它只能夠適用于特定系統(tǒng)內(nèi)。

目前，對暖通空調(diào)系統(tǒng)的自動故障檢測與診斷的研究仍然處于理論研究階段和方法研究階段。經(jīng)濟社會的迅速發(fā)展、日益轉(zhuǎn)變的社會服務(wù)模式，人們越來越需要對暖通空調(diào)系統(tǒng)自動故障檢測與診斷技術(shù)，隨著科學技術(shù)的發(fā)展，會有更加完善的技術(shù)產(chǎn)生。

6 故障診斷的發(fā)展方向

目前，自動故障檢測與診斷技術(shù)受到限制的關(guān)鍵性問題是故障檢測及其診斷的技術(shù)性因素和經(jīng)濟性因素?？照{(diào)系統(tǒng)屬于復(fù)雜的高度非線性系統(tǒng)，很難找到簡單易行和轉(zhuǎn)卻可靠的方法。前面文中已然提到了很多方法，但是他們中都存在或多或少的缺點問題，而且自動故障檢測與診斷技術(shù)費用問題也限制其發(fā)展，因此自動故障檢測與診斷技術(shù)應(yīng)該加強3個方面的研究。

（1）理論研究和方法研究需要加強。尋找的故障診斷方法要具有以下的特性，使用性廣、簡單性和理解性；因此要加強對暖通空調(diào)系統(tǒng)的故障檢測和診斷的研究。

（2）加強系統(tǒng)的可靠性研究。加強對故障診斷系統(tǒng)的可靠性，還要減少其錯誤，因為如果經(jīng)常出現(xiàn)錯誤問題，操作員會認為該技術(shù)沒用，而關(guān)掉系統(tǒng)。因此系統(tǒng)根本起不到任何作用，因此要加強可靠性。

（3）加強系統(tǒng)的經(jīng)濟性研究。加強自動故障檢測和診斷系統(tǒng)的經(jīng)濟效益分析，清楚的了解到該系統(tǒng)的好處；降低對該系統(tǒng)的成本費用，診斷方法要利用系統(tǒng)本身的器件，而不要增加更多的元件。

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