第一章 过程故障检测的研究概况

过程故障检测是近年来研究热点之一，作为工业过控的重要组成。经过几十年的发展，已经形成了相对来说挺全面的理论体系。为工业企业在使用先进过程监控技术时，能够保证生产过程安全和降低生产成本、提高经济价值提供了有力的科学理论支撑。一般而言，当工业过程控制中，出现了某一个或多个参数得到数据后，发生了无法修正，导致结果不可信的偏差就可以被定义为过程失败。从而对一部分生产和对整体的工业过控系统的稳定性，可靠性等造成了影响，或会使一些特殊的异常现象在监控系统中发生，造成了各种不便的影响。故障检测是通过收集检查生产过程中产生的数据来检查整个系统是否处于安全正常的状态，通过对数据的分析来确定生产过程是否存在故障的一种检测方法。

图1.1 工业过程控制故障检测诊断图

故障检测与诊断的整体目的就是利用过程收集的数据和工艺知识对过程的正常状态和故障状态进行建模，并以此模型为依据判断故障在现在的生产过程中是否发生，准确及时的定位发生故障的故障点和区分发生故障的类型，从而为快速地解决故障和保证正常的生产经营提供一个明确的指导方向。

1.1故障检测的技术

设备制造商对生产设备的生产也开始向着大规模化、智能化、集成化的方向发展。而集成自动化就是将数据与计算机通信和分布式计算的支持相结合。然后充分混合了业务系统，工艺系统和以人为因素为主要因素的组织系统的集成。最终形成了能够快速适应不同的工厂环境，满足全球优化的高品质，高效率，高度可操作的智能自动化生产系统，来满足日益变化的市场需求。图1.2工业计算机过程操作等级结构图(CIPS)。

图 1.2过程操作等级结构图（CTPS）

由上图可见，监控与故障诊断部分在工业过程计算机集成过程系统的地位非常重要，也是近几年来的一个研究热门。

1.1.1 故障检测的发展

故障检测是一门综合化的学科，它包含了数学，计算机科学，自动化，信息科学等。因此在故障检测领域，需要掌握很多种学术内容。

在19世纪的工业时期，因为还在工业的初期阶段对于设备的管理和过程的管理没有一个量化的思维，但是对设备的维修已经开始发展了。因此慢慢的故障检测就被发展了起来，故障检测主要分为预防，监控和判断处理三个阶段。故障检测其实就是在正常的生产环境中，通过对各种信息的汇总分析，然后找出故障的部位和发生故障的原因，再通过数据对设备和生产过程起到一个预防的作用。它的三个阶段是互为互补，相辅相成的。

19世纪故障检测技术发展到现在，主要还是经历了4个阶段：

（1）由经验组成的故障检测阶段

在这个阶段的故障检测一般都是没有预防这一个步骤，他不是按照预防监控和处理这个步骤来。它是反过来先处理，当有故障发生的时候，操作工或者是部分学者才会去整个环节的进行检查去找故障的部位和原因。大部分还是依靠的人工经验和肉眼，或者是一些简单的仪器去查看问题，所以我称这个阶段为由经验组成的故障检查阶段。

（2）含有预防思想的故障检测阶段

一直到20世纪60年代，在经过了经验阶段长期大量经验的积累之后，人们开始意识到光靠故障出现再去维修已经不够了，对生产成本的控制上是一个很大的问题。于是，慢慢的把经验转化为预防周期，目的是通过对预防周期的设定来对生产过程中的故障进行预防。这就开始对数据的记录和处理有了一定的概念。