律明旸

摘要：在现场控制仪表的过程控制系统中常规控制回路是基础，回路间相互耦合，如果控制回路中某一局出现故障，例如阀门故障，那么将会影响整个控制回路性能，严重时会使控制系统瘫痪。在这一基础上，对控制回路中的故障进行有效、快速解决，可使控制系统性能提升。但对连续作业系统而言，维系和更换系统设备将会对生产产生影响，这就需要运用控制补偿思想进行系统容错控制，保证控制系统可以正产工作。

关键词：现场控制仪表;故障诊断;补偿容错;控制系统

常规控制回路在过程控制系统基础层中的占比达到90%，回路间呈现出关联耦合的关系，其中一局部如果有控制回路故障存在，会使控制回路出现波动情况，使其性能退化，基于回路关联传递机制，将故障传播至有关回路，也会使其性能退化，导致厂及控制系统有波动情况出现，降低产品质量，增加能耗，严重时会使厂级控制系统瘫痪，最终发生安全事故。这就需要现场工程师分析故障现象，由此对控制回路进行精准定位，采取合理维护手段，消除故障，工业控制系统朝着正常状态发展。从而可知，解决厂级范围的控制回路退化问题时，需要回路准确定位。面对连续流程的工业生产线时通常是一年进行一次大修，进而很难及时维修、更换性能衰退或出现故障的设备，应基于控制补偿角度有效进行主动容错控制法制定，维持控制回路性能处于正常状态。

一、现场控制仪表故障诊断

应用计算机控制系统是当前大多数工业过程的选择，主要是因为计算机有着水平较高的控制可靠性，但是这一过程中会伴随着传感器、执行器没有足够可靠性的问题。事实上，在传感器以及执行器故障影响下，控制系统会出现失效问题，根据统计可知，80%控制系统失效是因为传感器以及执行器存在故障。基于传统控制理论可知，其假设执行器、传感器有着正常状态，使得检测执行器、传感器故障、容错控制等问题的理论价值及应用价值较高。另外，现阶段会应用“二状态故障模型”来研究故障容错的控制形式。尽管该描述能够对故障诊断以及容错控制进行简单研究，但是很难将工程系统中出现的故障现象反映出来[1]。因此，这时就应该构建一个可解析实际故障的模型。

（一）传感器故障

传感器控制是多输入、多输出、非线性的动态控制，因此容易受到各种因素影响出现故障，本文主要分析的工业工程中所使用的传感器，那么在工业工程中，可以外界因素、传感器特征为基础，这就能够将传感器故障划分成两类，一类是软故障，另一类是硬故障。传感器偏差故障、精度下降故障、漂移故障为软故障表现形式，完全故障即为硬故障的表现。实际工业工程中软故障相较于硬故障更容易被检测，危害性也将随之增加。

（二）执行器故障

执行器作为系统控制回路终端，对于控制系统性能有着重要作用。工业工程中阀门是一种常见执行器，如果没有合理使用阀门，或是阀门存在故障，将会阻碍工业生产工作的开展，甚至会出现安全事故。此外，控制系统中许多重要部门阀门价格贵，更换起来也比较麻烦，因此需要注重故障诊断与分析工作开展。阀门组成部分主要有阀门定位器、调节机构以及执行机构。控制器可将信号输出，执行机构对阀门推理加以控制，推理力矩将会转变为角位移信号;对调节机构加以应用后，位移信号对于流通面积产生影响，这将会改变流体流量。利用阀门定位器能够优化控制系统性能，定位器以及阀杆位移量是可形成控制系统的副回路控制，克服摩擦力。阀门定位器与被控变量可以构成串级控制，结合阀门机构划分故障类型，可分成一般外部故障以及定位器、执行机构、调节机构等故障。系统压力井底的情况下，阀门呈现出图标故障;当阀杆传感器出现问题，极易产生衰减故障;当阀杆移动范围超出其正常移动范围时，就会堵塞阀门，阀门衰减故障很容易发生。

二、主动补偿容错的控制方法

控制系统通常较为复杂，负反馈控制以及控制回路耦合将会加快控制回路故障的传播速度，故障对控制系统造成的影响，不会使其出现较大变化，这就很难在线调节闭环控制系统故障。现场控制仪表中还有许多可以预见故障及常见故障，根据这些故障特征构建故障模型，合理进行主动容错控制，将其保存在系统容错控制库之中。系统可根据故障模块做出诊断，由此判断故障位置，同时做好故障隔离工作，这一方法在控制仪表主动容错控制方面应用的范围较广。在这一基础上，构建以故障检测为基础的故障诊断以及主动补偿容错控制法，基础闭环控制、诊断故障、补偿容错、人机监督管理等是其中重点内容。基础闭环控制构成的部件主要有有控制器、执行器、信号转换、传感器，计算机控制系统、集散控制系统是比较常见的基础闭环控制系统。常规控制回路在工业控制中有着比较大的占比，当回路控制出现故障时，因为回路间耦合关联，会对整个系统造成影响。基础闭环控制可使工况更稳定，并且会对故障诊断以及实施容错控制策略产生影响。

结束语

过程控制系统和复杂程度提高，使得控制系统中故障诊断以及容错控制成为重要组成部分，其能够实现工作检测、诊断故障、主动补偿容错。因此需要结合过程控制系统特点及现状，构建多种执行器与传感器故障描述形式，保证与工业情况相符，并基于此制定合理的容错控制方法。

参考文献：

[1]楊泽斌，王丁，孙晓东，孙超，吴家杰.无轴承异步电机传感器故障容错控制[J].仪器仪表学报，2021，42（05）：99-109.

[2]李明.基于数据驱动的调节阀故障诊断与容错控制方法研究[D].中国计量大学，2019.