1、-1 3 1-引言随着智能建筑的兴起和迅猛发展，中央空调系统及其自控系统的复杂程度越来越高，不可避免地会出现各种故障：阀门卡死、盘管结垢、仪表不准、过滤器堵塞、风机或水泵电机烧毁等。这些故障如果得不到及时排除，势必导致系统运行严重偏离额定工况，降低工作效率和工作质量，增加系统能耗，缩短设备寿命。因此，为保证中央空调系统运行的安全性和可靠性，必须对故障检测与诊断技术进行深入研究。1 故障诊断的几种主要方法1.1 基于信号处理的方法系统的输出幅值、相位、频率及相关性上与故障之间会存在一定的联系，这些联系可以用数学形式来表示，如输出量的频谱等。在故障发生时则可利用这些量进行分析和处理，来判断故障源的
2、所在。常用的方法有：谱分析法，概率密度法及概率谱分析法。1.2 基于故障树的诊断方法这是实际系统中比较有效的故障诊断方法，所需要的前提是有关故障与原因思维先验知识。诊断过程是从系统的最终故障开始的，通过不断提问“为什么会出现这种现象？”而逐渐构造成一棵倒立的故障树。通过对此故障树的启发式搜索会查到故障的最终原因。1.3 传统模式识别的方法这种方法的步骤是：1)故障模式向量的形成，2)特征向量的提取，3)判别函数的生成。1.4 基于专家系统的方法专家系统故障诊断主要是通过数据库，诊断规则库，并用适当的推理方法来完成的。该方法是根据专家以往的经验，将其归纳成规则，通常以“I F T H E N”形
3、式来表示对被诊断系统所观察到的症状与可能故障之间的关系。主要由诊断规则库，动态数据库和推理算法组成。1.5 基于模糊理论的方法无论从现象的获得、现象到故障的推理甚至诊断的根本原理三个方面实际上都存在着模糊性，因此可以用模糊理论的方法来进行故障诊断。其本质是一种模式识别问题，根据所提取的征兆信息来识别系统的状态是整个诊断过程的核心。1.6 神经网络的方法神经网络是一个大量简单的处理单元广泛连接组成的复合网络，是现代生物学研究人脑组织所取得的成果基础上提出的，模拟大脑神经系统的结构和行为。它不需要领域专家知识和从案例中归纳的经验规则，从而中央空调系统运行故障监测与诊断方法浅谈张姝1 王广鹏21 东
4、北石油大学建环系2 大庆市开发区建筑规划设计院摘 要为了避免或及时解决中央空调系统运行中出现的故障，本文对常用的故障检测及诊断方法进行了介绍，回顾了国内外在建筑空调领域故障检测及诊断技术的研究情况，最后提出几点发展建议。克服了基于规则方法的知识获取的瓶颈，对规则推理存在的错误不是很敏感。2 中央空调系统故障诊断技术的研究进展2.1 国外研究进展国外的 H V A C 系统故障检测与诊断有涉及范围广、研究起步早、故障诊断软件多，故障 诊 断 与 其 他 专 业 结 合 广 泛 等 特 点。T h o m s o n 等人提出了自己的故障诊断方法，他们把换热器的热传输参数当做信号来计算和监测热泵的
5、运行情况 1。2 0 世纪8 0 年代末，B r a u n 使用二次线性回归方法对集中制冷机组进行了优化控制。他把冷水机组的输入变量分为可控制变量(如冷却水温)和不可控制量(如大气压力、大气干球温度)，来控制机组的运行，使机组能调节到最佳的状态 2。1 9 9 0年，S a l s b u r y 描述了一种基于仿真模型的H V A C 系统故障检测控制器，对传统的比例积分微分(P I D)模型进行了修正 3。1 9 9 6 年，M a u r e r 开发了逻辑推理方法来监测热泵的运行故障，预先根据经验输入推理规则，将信号参数或模型参数作为输入变量，故障模型通常用故障树来表示 4。2 0
6、世纪 9 0 年代，故障诊断技术发生了革命性的进步。国际能源组织(I E A)签署协议，同意协作研究用于建筑优化、故障检测与诊断的 H V A C 系统实时仿真 5。2.2 国内研究进展在国内，2 0 0 0 年,西安交通大学的傅明星等人作了热泵型空调器工质动态循环控制的节电研究，得出了热泵系统在各种工况时最佳的制冷剂充注量 6。2 0 0 2 年哈尔滨工业大学的姜益强等人对基于神经网络的空气源热泵机组的故障诊断进行了研究，为 H V A C 领域进一步开展故障诊断提供了经验 7。2 0 0 3 年湖南大学的陈友明等人介绍了 H V A C 系统中自动故障检测与诊断的基本流程、故障分类、常用方
7、法及应用情况。对空调监控系统中的数据恢复与容错控制进行了分析研究 8。2 0 0 4年晋欣桥等人推导并求解了关于系统中温度传感器的故障诊断方程组，提出了稳定状态检测和方程组封闭性等问题的解决方法 9。2 0 0 5 年王进波利用实验模拟获得空调系统常见故障的范例集，运用模糊故障诊断方法建立了故障诊断的模糊数学模型，提出了误诊断和漏诊断的解决方法，并给出常见故障的解决方法 1 0。2 0 0 7 年杨朔等人提出了神经网络与专家系统相结合的方法，提高了专家系统诊断的准确性 1 1。3 故障诊断技术应用中存在的问题及发展动向在总结国内外研究和应用成果的基础上，提出以下几方面建议：1）中央空调系统故障
8、监测诊断系统的建立,应根据具体情况,选取合适的监测和诊断方法，由于诊断要比监测复杂，两者选择的方法也不尽相同。比如简单物理模型和黑箱模型方法常用于故障监测,而诸如神经网络、模糊聚类方法则用于故障诊断。2）在选择中央空调系统故障监测诊断方法前，要具有一定的预测系统故障知识,有些故障经常在不同的时间表现出不同的征兆,具有间歇性和多元性，对这些故障的诊断很大程度上依赖于对系统的操作状态的把握。3)故障监测与诊断目前有两种发展趋势，一是向着与故障评估相结合的方向发展,二是先对系统进行故障监测和诊断,再进行预测,而评估只是作为预测的一部分。目前关于故障预测研究应用的相关文献报道很少,但是它对系统或设备维
9、修的价值却显而易见,比如它可以优化设备维修时间,既能保证系统安全运行,又能提高经济效益。4）制冷系统传感器和组件的故障诊断策略、空调柜的传感器及组件故障诊断策略、变风量末端的故障诊断策略等为几个既相对独立又相互关联的子系统,可经过必要的改进和产品化后,这些策略可通过标准的接口技术与现有的B M S 结合起来,从而实现整个建筑物管理系统远程监测、控制、诊断及评估的智能化。4 结语中央空调设备与其系统的故障诊断是一个新兴的研究领域,许多研究还处于实验室和数值仿真阶段,达到实际应用程度的还非常少。为使该项技术更加成熟可靠，不仅需要研究者们不懈努力，还需要社会及政府节能意识增强。参考文献 1 T h
10、o m s o n M,T w ig g P M,M a j e e d B A.S t a t is t ic a l p r o c e s s c o n t r o l b a s e d f a u lt d e t e c t io no f C H P u n it.C o n t r o l E n g in e e r in g P r a c t ic e.2 0 0 0,8(8):1 3 2 0 2 B r a u n J E.M e t h o d o lo g ie s f o r d e s ig n a n dc o n t r o l o f c e n t r
11、 a l c o o lin g p la n t s.D is s e r t a t io n:U n iv e r s it y o f W is c o n s in-M a d is o n,1 9 8 8 3 S a ls b u r y T I.A t e m p e r a t u r e c o n t r o lle r f o rV A V a ir-c o n d it io n in g u n it s b a s e d o n s im p lif ie dp h y s ic a l m o d e ls.A S H R A E H V A C&R R e s
12、 e a r c hJ o u r n a l.1 9 9 8,4(3)4 M a u r e r D E.M a n m a c h in e in t e r f a c e f o r af a ilu r e d ia g n o s is e x p e r t s y s t e m.T e c h n ic a l P a p e r so f I E A A n n e x 2 5.1 9 9 6:9 7 1 1 5 5 H y v a r in e n E d s J,K a r k i S.B u ild in gO p t im iz a t io n a n d F a
13、 u lt D ia g n o s is S o u r c e 6 傅明星,曹琦,王宜义,等.空调器新型模糊控制器研究 J .暖通空调.2 0 0 0,3 0(2)7 姜益强,姚杨,马最良.基于人工神经网络的空气源热泵冷热水机组的性能模拟 J .流体机械.2 0 0 2(5):5 9-6 1 8 陈友明,郝小礼.建筑能源管理与控制系统中传感器故障及其检测与诊断.暖通空调.2 0 0 4,3 4(2):8 3 8 8 9 晋欣桥.冷水机组系统的温度传感器故障诊断.上海交通大学学报.2 0 0 4,3 8(1):9 7 6 9 8 1 1 0 王进波.基于 F u z z y 理论的空调系统故障诊断及控制的研究.南京理工大学.2 0 0 5 1 1 杨朔,姚寿广等.B P 神经网络在专家系统开发中的研究与应用.科学技术与工程.2 0 0 7,7(2 1):5 5 8 1 5 5 8 3作者简介张姝，1 9 7 9.1出生，东北石油大学建环系，讲师，黑龙江省大庆市；王广鹏,1 9 7 9.1 出生，大庆市开发区建筑规划设计院，工程师。DOI：10.3969/j.issn.1001-8972.2011.15.084
