一种主动式变风量送风系统末端故障检测与诊断方法技术方案

本发明专利技术提供了一种变风量送风系统末端(VAV box)主动式故障检测与诊断方法。针对传统被动式故障检测与诊断方法难以有效诊断故障的实际情况，提出了通过向自控系统引入特定的扰动来获取针对性的故障征兆测量值的方法，实现了在不增加额外测点和诊断信息的情况下有效诊断大部分变风量送风系统末端故障。本发明专利技术提出了完整的故障检测与诊断流程，并针对变风量末端常见故障制定了完整的主动式故障诊断规则，解决了目前变风量送风系统末端由于传感器数量少、诊断信息不完整和故障特征相似导致的故障诊断难题。本发明专利技术所提供的新型主动式故障检测与诊断方法能够有效检测诊断大部分变风量送风系统末端故障。

A terminal fault detection and diagnosis method for active VAV air supply system

The invention provides an active fault detection and diagnosis method for the VAV air supply system terminal (VAV box). In view of the fact that traditional passive fault detection and diagnosis methods are difficult to diagnose faults effectively, a method of obtaining pertinent fault symptoms by introducing specific disturbances to the automatic control system is proposed, which realizes the effective diagnosis of most VAV air supply systems without adding additional measurement points and diagnostic information. Terminal failure. The invention proposes a complete fault detection and diagnosis process, and establishes a complete active fault diagnosis rule for common faults at the end of VAV system, which solves the problem of fault diagnosis caused by fewer sensors, incomplete diagnosis information and similar fault features at the end of VAV system. The novel active fault detection and diagnosis method provided by the invention can effectively detect and diagnose terminal faults of most VAV air supply systems.

【技术实现步骤摘要】
一种主动式变风量送风系统末端故障检测与诊断方法
本专利技术属于建筑节能、建筑运维和建筑自控领域，涉及基于知识推理的故障检测与诊断方法与技术，特别是涉及变风量空调系统末端的故障检测与诊断方法及应用。
技术介绍
变风量(VariableAirVolume,VAV)送风系统可以有效地满足多区域用户不同的冷/热需求，在大型公共建筑中得到了广泛的应用。但其系统规模庞大，控制策略复杂，各类故障频发。在这些故障中，变风量系统末端(VAVbox)故障占据很大比例。对如此众多的VAV末端进行手动检修不仅耗时费力，同时也对技术人员的专业性有较高的要求。因此，自动故障检测与诊断(FaultDetectionandDiagnosis,FDD)方法研究具有重要科学价值和工程意义。变风量空调系统末端主要有如下五类故障：风阀故障、控制器故障、传感器故障、设计类故障以及操作类故障，如表3。大部分故障有相似的征兆，给故障检测与诊断带来了困难。近年来研究人员提出了许多变风量送风系统末端故障检测与诊断方法，但多基于被动式的方法，即通过对在线数据的分析来检测诊断故障。由于故障类型多且征兆相似，难以有效诊断出故障。因此，这是一个典型的信息不足情况下的故障检测诊断问题，低成本获取更多诊断信息是解决此问题的关键所在。
技术实现思路
本专利技术的能够克服现有技术的不足，提供一种信息不足情况下的变风量送风系统末端故障检测与诊断方法。有鉴于此，本专利技术变风量末端主动式故障检测与诊断方法包括以下基本操作步骤：S1：首先对待检测的变风量送风系统末端进行被动式故障检测，具体步骤为：第1-1步，获取待检测的变风量送风系统末端实时运行数据，所述实时运行数据包括：房间温度传感器数据Tr、送风风量传感器数据Fs、风阀开度的控制信号μ、房间温度设定值Tset、送风风量设定值Fset；第1-2步，对获得的实时运行数据进行预处理；第1-3-1步，比较送风风量测量值与设定值的偏差，若偏差值大于送风流量阈值ΔF，且持续时间超过20min，则直接跳转至第1-5步，否则继续进入第1-3-2步，其中ΔF＝3*σF，σF为根据正常运行历史数据获得的送风风量测量值标准差；第1-3-2步，比较房间温度测量值与设定值的偏差，若偏差值大于房间温度阈值ΔT，且持续时间超过30min，则直接跳转至第1-5步，否则继续进入第1-3-3步,其中ΔT＝3*σT，σT为根据正常运行历史数据获得的房间温度测量值的标准差；第1-3-3步，若送风风量测量值持续60min无明显变化，即送风风量测量值的方差小于σF，则直接跳转至第1-5步，否则继续进入第1-3-4步；第1-3-4步，若室内温度测量值持续180min无明显变化，即温度测量值的方差小于σT，则直接跳转至第1-5步，否则继续进入第1-4步；第1-4步，未检测出异常，得到该变风量送风系统末端无故障的结果，结束故障检测与诊断过程，生成无故障的诊断报告；第1-5步，检测出异常，得到该变风量送风系统末端有故障的结果，执行S2主动式故障诊断；S2:主动式故障诊断的具体步骤为：第2-1-1步，若房间温度测量值Tr与设定值Tset满足Tr>Tset+3*σT；且送风风量设定值Fset处于最大值Fmax，即|Fset-Fmax|<σF；且送风风量测量值Fs与设定值Fset满足Fs<Fset-3*σF；且风阀开度的控制信号μ处于最大值μmax，即|μ-μmax|<σμ，其中σμ为风阀开度的控制信号的标准差，则引入主动式行为即第2-1-2至2-1-3步；否则转至第2-2-1步；第2-1-2步，重设房间温度设定值，在当前基础上提高10摄氏度，并持续15min，然后转至第2-1-3步；第2-1-3步，重设房间温度设定值，在当前基础上降低10摄氏度，结束主动式行为，然后转至第2-1-4步；第2-1-4步，根据实时运行数据，若在主动式行为结束时，送风风量设定值Fset,ed处于最小值Fmin，即|Fset,ed-Fmin|<σF，且送风风量测量值Fs,ed与主动式行为前的送风风量测量值Fs,st满足Fs,ed-Fs,st<3*σF，则判断发生的故障为风阀卡在全关或部分开度，然后转至第2-8步；否则转至第2-1-5步；第2-1-5步，根据实时运行数据，若在主动式行为结束时，送风风量设定值Fset,ed处于最小值Fmin，即|Fset,ed-Fmin|<σF；且送风风量测量值Fs,ed与送风风量设定值Fset,ed满足|Fs,ed-Fset,ed|<3*σF；且风阀开度的控制信号μ与无故障时的最低风量时阀门开度的平均值avg(μFmin)满足μ-avg(μFmin)>3*σμ，则判断发生的故障为送风静压过低，然后转至第2-8步；否则转至第2-2-1步；第2-2-1步，若房间温度测量值Tr与设定值Tset满足Tr>Tset+3*σT；且送风风量设定值Fset处于最大值Fmax，即|Fset-Fmax|<σF；且送风风量测量值Fs与设定值Fset满足|Fs-Fset|<3*σF，则引入主动式行为即第2-2-2至2-2-3步；否则转至第2-3-1步；第2-2-2步，重设房间温度设定值，在当前基础上降低10摄氏度，并持续15min，然后转至第2-2-3步；第2-2-3步，重设房间温度设定值，在当前基础上升高10摄氏度，然后转至第2-2-4步；第2-2-4步，根据实时运行数据，若在主动式行为结束时，送风风量设定值Fset,ed处于最小值Fmin，即|Fset,ed-Fmin|<σF；且风阀开度的控制信号μed处于最小值μmin，即|μed-μmin|<σμ；且送风风量测量值Fs,ed与送风风量最小值Fmin满足Fs,ed-Fmin>3*σF，则判断发生的故障为风量传感器读数漂移至最大值位置，转至第2-8步；否则转至第2-2-5步；第2-2-5步，根据实时运行数据，若在主动式行为结束时，送风风量设定值Fset,ed处于最小值Fmin，即|Fset,ed-Fmin|<σF，且主动式行为过程中测量得到的房间温度测量值的标准差STD(Tr,st,…Tr,end)小于σT，即STD(Tr,st,…Tr,end)<σT，则判断发生的故障为房间温度传感器示数卡死在一个大于设定值的位置，然后转至第2-8步；否则，判断发生的故障为变风量末端设计尺寸偏小、房间温度设定点过低、房间冷负荷过大或者送风温度过高，然后转至第2-7步；第2-3-1步，若房间温度测量值Tr与设定值Tset满足Tr<Tset-3*σT；且送风风量设定值Fset处于最小值Fmin，即|Fset-Fmin|<σF；且送风风量测量值Fs与设定值Fset满足Fs>Fset+3*σF；且风阀开度的控制信号μ处于最小值μmin，即|μ-μmin|<σμ，则引入主动式行为即第2-3-2至2-3-3步，否则转至第2-4-1步；第2-3-2步，重设房间温度设定值，在当前基本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变风量送风系统末端的主动式故障检测与诊断方法，其特征在于，包括被动式故障检测和主动式故障诊断两个步骤；S1：首先对待检测的变风量送风系统末端进行被动式故障检测，具体步骤为：第1‑1步，获取待检测的变风量送风系统末端实时运行数据，所述实时运行数据包括：房间温度传感器数据Tr、送风风量传感器数据Fs、风阀开度的控制信号μ、房间温度设定值Tset、送风风量设定值Fset；第1‑2步，对获得的实时运行数据进行预处理；第1‑3‑1步，比较送风风量测量值与设定值的偏差，若偏差值大于送风流量阈值ΔF，且持续时间超过20min，则直接跳转至第1‑5步，否则继续进入第1‑3‑2步，其中ΔF＝3*σF，σF为根据正常运行历史数据获得的送风风量测量值标准差；第1‑3‑2步，比较房间温度测量值与设定值的偏差，若偏差值大于房间温度阈值ΔT，且持续时间超过30min，则直接跳转至第1‑5步，否则继续进入第1‑3‑3步,其中ΔT＝3*σT，σT为根据正常运行历史数据获得的房间温度测量值的标准差；第1‑3‑3步，若送风风量测量值持续60min无明显变化，即送风风量测量值的方差小于σF，则直接跳转至第1‑5步，否则继续进入第1‑3‑4步；第1‑3‑4步，若室内温度测量值持续180min无明显变化，即温度测量值的方差小于σT，则直接跳转至第1‑5步，否则继续进入第1‑4步；第1‑4步，未检测出异常，得到该变风量送风系统末端无故障的结果，结束故障检测与诊断过程，生成无故障的诊断报告；第1‑5步，检测出异常，得到该变风量送风系统末端有故障的结果，执行S2主动式故障诊断；S2:主动式故障诊断的具体步骤为：第2‑1‑1步，若房间温度测量值Tr与设定值Tset满足Tr>Tset+3*σT；且送风风量设定值Fset处于最大值Fmax，即|Fset‑Fmax|...

【技术特征摘要】
1.一种变风量送风系统末端的主动式故障检测与诊断方法，其特征在于，包括被动式故障检测和主动式故障诊断两个步骤；S1：首先对待检测的变风量送风系统末端进行被动式故障检测，具体步骤为：第1-1步，获取待检测的变风量送风系统末端实时运行数据，所述实时运行数据包括：房间温度传感器数据Tr、送风风量传感器数据Fs、风阀开度的控制信号μ、房间温度设定值Tset、送风风量设定值Fset；第1-2步，对获得的实时运行数据进行预处理；第1-3-1步，比较送风风量测量值与设定值的偏差，若偏差值大于送风流量阈值ΔF，且持续时间超过20min，则直接跳转至第1-5步，否则继续进入第1-3-2步，其中ΔF＝3*σF，σF为根据正常运行历史数据获得的送风风量测量值标准差；第1-3-2步，比较房间温度测量值与设定值的偏差，若偏差值大于房间温度阈值ΔT，且持续时间超过30min，则直接跳转至第1-5步，否则继续进入第1-3-3步,其中ΔT＝3*σT，σT为根据正常运行历史数据获得的房间温度测量值的标准差；第1-3-3步，若送风风量测量值持续60min无明显变化，即送风风量测量值的方差小于σF，则直接跳转至第1-5步，否则继续进入第1-3-4步；第1-3-4步，若室内温度测量值持续180min无明显变化，即温度测量值的方差小于σT，则直接跳转至第1-5步，否则继续进入第1-4步；第1-4步，未检测出异常，得到该变风量送风系统末端无故障的结果，结束故障检测与诊断过程，生成无故障的诊断报告；第1-5步，检测出异常，得到该变风量送风系统末端有故障的结果，执行S2主动式故障诊断；S2:主动式故障诊断的具体步骤为：第2-1-1步，若房间温度测量值Tr与设定值Tset满足Tr>Tset+3*σT；且送风风量设定值Fset处于最大值Fmax，即|Fset-Fmax|<σF；且送风风量测量值Fs与设定值Fset满足Fs<Fset-3*σF；且风阀开度的控制信号μ处于最大值μmax，即|μ-μmax|<σμ，其中σμ为风阀开度的控制信号的标准差，则引入主动式行为即第2-1-2至2-1-3步；否则转至第2-2-1步；第2-1-2步，重设房间温度设定值，在当前基础上提高10摄氏度，并持续15min，然后转至第2-1-3步；第2-1-3步，重设房间温度设定值，在当前基础上降低10摄氏度，结束主动式行为，然后转至第2-1-4步；第2-1-4步，根据实时运行数据，若在主动式行为结束时，送风风量设定值Fset,ed处于最小值Fmin，即|Fset,ed-Fmin|<σF，且送风风量测量值Fs,ed与主动式行为前的送风风量测量值Fs,st满足Fs,ed-Fs,st<3*σF，则判断发生的故障为风阀卡在全关或部分开度，然后转至第2-8步；否则转至第2-1-5步；第2-1-5步，根据实时运行数据，若在主动式行为结束时，送风风量设定值Fset,ed处于最小值Fmin，即|Fset,ed-Fmin|<σF；且送风风量测量值Fs,ed与送风风量设定值Fset,ed满足|Fs,ed-Fset,ed|<3*σF；且风阀开度的控制信号μ与无故障时的最低风量时阀门开度的平均值avg(μFmin)满足μ-avg(μFmin)>3*σμ，则判断发生的故障为送风静压过低，然后转至第2-8步；否则转至第2-2-1步；第2-2-1步，若房间温度测量值Tr与设定值Tset满足Tr>Tset+3*σT；且送风风量设定值Fset处于最大值Fmax，即|Fset-Fmax|<σF；且送风风量测量值Fs与设定值Fset满足|Fs-Fset|<3*σF，则引入主动式行为即第2-2-2至2-2-3步；否则转至第2-3-1步；第2-2-2步，重设房间温度设定值，在当前基础上降低10摄氏度，并持续15min，然后转至第2-2-3步；第2-2-3步，重设房间温度设定值，在当前基础上升高10摄氏度，然后转至第2-2-4步；第2-2-4步，根据实时运行数据，若在主动式行为结束时，送风风量设定值Fset,ed处于最小值Fmin，即|Fset,ed-Fmin|<σF；且风阀开度的控制信号μed处于最小值μmin，即|μed-μmin|<σμ；且送风风量测量值Fs,ed与送风风量最小值Fmin满足Fs,ed-Fmin>3*σF，则判断发生的故障为风量传感器读数漂移至最大值位置，转至第2-8步；否则转至第2-2-5步；第2-2-5步，根据实时运行数据，若在主动式行为结束时，送风风量设定值Fset,ed处于最小值Fmin，即|Fset,ed-Fmin|<σF，且主动式行为过程中测量得到的房间温度测量值的标准差STD(Tr,st,…Tr,end)小于σT，即STD(Tr,st,…Tr,end)<σT，则判断发生的故障为房间温度传感器示数卡死在一个大于设定值的位置，然后转至第2-8步；否则，判断发生的故障为变风量末端设计尺寸偏小、房间温度设定点过低、房间冷负荷过大或者送风温度过高，然后转至第2-7步；第2-3-1步，若房间温度测量值Tr与设定值Tset满足Tr<Tset-3*σT；且送风风量设定值Fset处于最小值Fmin，即|Fset-Fmin|<σF；且送风风量测量值Fs与设定值Fset满足Fs>Fset+3*σF；且风阀开度的控制信号μ处于最小值μmin，即|μ-μmin|<σμ，则引入主动式行为即第2-3-2至2-3-3步，否则转至第2-4-1步；第2-3-2步，重设房间温度设定值，在当前基础上降低10摄氏度，并持续15min，然后转至第2-3-3步；第2-3-3步，重设房间温度设定值，在当前基础上提高10摄氏度，然后转至第2-3-4步；第2-3-4步，根据实时运行数据，若在主动式行为结束时，送风风量设定值Fset,ed处于最大值Fmax，即|Fset,ed-Fmax|<σF；且送风风量测量值Fs,ed与主动式行为前的送风风量测量值Fs,st满足Fs,ed-Fs,st<3*σF，则判断发生的故障为风阀卡在全开或部分开度，转至第2-8步；否则转至第2-3-5步；第2-3-5步，根据实时运行数据，若在主动式行为结束时，送风风量设定值Fset,ed处于最大值Fmax，即|Fset,ed-Fmax|<σF；且送风风量测量值Fs,ed与送风风量设定值Fset,ed满足|Fs,ed-Fset,ed|<3*σF；且风阀开度的控制信号μ与无故障时的最高风量时阀门开度的平均值avg(μFmax)满足avg(μFmax)-μ>3*σμ，则判断发生的故障为送风静压过高，转至第2-8步；否则转至第2-4-1步；第2-4-1步，若房间温度测量值Tr与设定值Tset满足Tr<Tset-3*σT；且送风风量设定值Fset处于最小值Fmin，即|Fset-Fmin|<σF；且送风风量测量值Fs与设定值Fset...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵阳，李婷婷，李裴婕，张学军，范誉斌，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33