[发明专利]电采暖DCS控制系统、系统的故障诊断方法及故障容错方法

权利要求书

1.一种电采暖DCS控制系统，其特征在于，所述系统包括：

设于控制室中的工控机及PLC控制器、设于各个温控房间的温度控制器和电暖器，工控机与PLC之间通讯，PLC与各温度控制器之间通讯，每个温度控制器控制至少一个电暖器；

在工控机上集成有管理层的开环预测模型；

在每个温度控制器上都集成有现场控制层的闭环预测模型及故障预测模型；

预测模型输出的表达式如下

其中，i＝1,2,3……P，N为截断步长，P为预测步长，y_m(k+i)为第i步的预测模型输出值，h_j为内部模型中的第j时刻点采集到的温度值，u(k+i-j)为(k+i-j)时刻的控制量；

管理层的开环预测模型的表达式如下：

其中，u(k)为k时刻的控制增量，y_r(k+1)为k+1时刻的参考轨线，h_j为内部模型中的第j时刻点采集到的温度值，u(k+1-j)为k时刻前施加的控制序列；

现场控制层的闭环预测模型的表达式如下：

其中，u(k)为k时刻的控制增量，y_r(k+1)为k+1时刻的参考轨迹，y(k)为k时刻实测的温度值，y_m(k)为k时刻预测模型的输出值，h_j为内部模型中的第j时刻点采集到的温度值，u(k+1-j)为k时刻前施加的控制序列。

2.基于权利要求1所述电采暖DCS控制系统的故障诊断方法，其特征在于，分别检测检测通道、通讯通道及执行通道是否故障，故障检测方法具体如下：

基于模型预测输出温度与实测温度的差值来诊断检测通道和传感器是否故障；

基于延时查询方法来诊断通讯通道是否故障；

基于预测模型输出的温度变化量与实测温度变化量的差值来诊断执行通道和电暖器是否故障。

3.如权利要求2所述电采暖DCS控制系统的故障诊断方法，其特征在于，所述故障预测模型的构建方法具体包括如下步骤：

S11、建立温度控制器控制不同数量电暖器的内部模型；

S12、基于温度控制器控制的电暖器数量来选择适配的内部模型，基于选定的内部模型来构建故障预测模型。

4.如权利要求2所述电采暖DCS控制系统的故障诊断方法，其特征在于，所述执行通道的故障检测方法具体包括如下步骤：

S13、读取温度控制器所在环境的温度值，称为初始温度值，并由温度控制器发出给定的阶跃扰动信号；

S14、读取并计算若干周期内的实际温度变化量；

S15、在相同初始温度下，施加预测模型相同的阶跃扰动信号，并计算相同采样周期内的温度变化量；

S16、基于预测模型输出变化量与实际变化量的差值来诊断是否存在执行通道故障，即故障预测模型输出的变化量与实际变化量的差值大于阈值，则判定检测通道故障。

5.如权利要求4所述电采暖DCS控制系统的故障诊断方法，其特征在于，基于故障预测模型输出的变化量与实际变化量的差值来预估执行通道的电暖器故障数量，即若实际输出的温度变化量位于(N-1)个电暖器对应内部模型的温度变化量与N个电暖器对应内部模型的温度变化量之间，则执行通道故障电暖器的数量为M-(N-1)，其中M为温度控制器控制的电暖器数量。

6.基于权利要求1所述电采暖DCS控制系统的故障容错方法，其特征在于，所述故障容错方法具体如下：

出现通讯通道故障时的容错控制方法：基于现场控制层的闭环预测模型来控制现场温度达到温度给定值；

出现检测通道和传感器故障时的容错控制方法：基于管理层的开环预测模型进行温度控制；

出现执行通道及电暖器故障时的容错控制方法：提高正常执行通道的温度给定值，若是所有执行通道均故障，则提高相邻温控房内的温度给定值。