[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

说明书

本发明适用于建筑供暖技术领域，提供了一种电采暖控制系统、故障检测方法及故障容错控制方法，基于预测控制思想，通过在线或离线的方式获取各房间基于阶跃响应的内部模型，进而构建预测模型，再计算预测模型输出变化量与实际输出变化量之差，将该差值与阈值比较来确定系统的工作状态，在综合分析其它故障信息的基础上，进而确定故障类型，最后依据故障类型采取不同的控制策略。此处，检测通道故障采用管理层开环预测控制方法，而通讯通道故障时采用现场控制层闭环预测控制方法，而对于执行器和执行通道故障时，采用基于环境温度优化的控制方法，从而实现故障诊断和容错控制，在不增加任何硬件资源的情况下，通过软件提高供暖的可靠性和经济性。

技术领域

本发明属于建筑供暖技术领域，提供了一种电采暖DCS控制系统、系统的故障诊断方法及故障容错方法。

背景技术

由于现有的电采暖控制系统中，现场控制器通常采用基于温度的PID闭环反馈控制，因而当温度传感器或者其检测通道出现故障时，控制输出要么饱和，要么截止，这会导致电暖器仅能处于开通或关断状态，使房间温度处于高或低两种极端状态，不能跟踪给定值使供暖要求不能得到有效保证。再者，当电暖器或者执行通道出现故障时，房间的控温要求显然亦不能完成。此外，当管理层、控制层和现场控制层之间的通讯通道出现故障时，亦使整个DCS控制系统处于瘫痪状态。

发明内容

本发明实施例提供一种电采暖DCS控制系统，基于该电采暖DCS控制系统实现系统故障的诊断和容错控制，在不增加任何硬件资源的情况下，提高供暖的可靠性及经济性。

为了实现上述目的，本发明提供了一种电采暖DCS控制系统，该系统包括：设于控制中室的工控机及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，每个温度控制器至少控制一个电暖器；

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集成有现场控制层的闭环预测模型。

进一步的，预测模型的表达式如下

其中，N为截断步长，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)为控制序列，包含k时刻之前所施加的控制量、k时刻及其以后待求的控制量。

进一步的，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)为参考轨迹，h_j为内部模型，u(k+1-j)为k时刻之前所施加的控制序列。

进一步的，现场控制层的闭环预测模型的表达式如下：

其中，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，u(k+1-j)为k时刻前施加的控制序列；

为了实现上述目的，本发明提供了一种电采暖DCS控制系统的故障诊断方法，所述方法具体如下：

分别检测检测通道和传感器、通讯通道及执行通道和电暖器是否故障，故障检测方法具体如下：

基于温度控制器输出的温度值来判断检测通道和传感器是否故障；

基于延时查询方法来检测通讯通道是否故障；

对故障预测模型进行单位跃阶扰动，基于故障预测模型输出的变化量与实际变化量的差值来检测执行通道和电暖器是否故障。

进一步的，所述故障预测模型的构建方法具体包括如下步骤：