闭环控制失效检测方法及系统与流程

本发明涉及工业控制技术领域，特别涉及一种闭环控制失效检测方法及系统。

背景技术：

闭环控制系统是控制系统的一种类型。闭环控制系统包括操控装置、控制器、实际执行装置和安装在实际执行装置上的状态检测传感器。

操控装置产生操作指令并发送至控制器，操作指令用于指示控制被测设备达到设定状态。控制器实时检测操控装置发出的操作指令，并通过反馈传感器实时检测实际执行装置的实际状态，当操作指令与实际状态之间存在误差且该误差超过闭环控制系统允许的最大误差时，控制器再次发出控制指令，控制实际执行装置朝着操作指令方向运行，直至实际执行装置的实际状态与操作指令之间的误差不超过闭环控制系统允许的最大误差。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

当闭环控制系统出现故障时，会导致闭环控制失效，使得实际执行装置的实际状态与操作指令之间的误差超过闭环控制系统允许的最大误差。例如当状态检测传感器发生故障时，控制器无法获取状态检测传感器发送的运行状态数据，从而操控装置无法知晓实际执行装置是否执行相应的动作，进而无法发送相应地控制指令对实际执行装置进行进一步控制。同时闭环控制系统故障还极易引发安全事故，影响设备运行，严重时还会威胁人身安全。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种闭环控制失效检测方法及系统，可以准确、及时的判断出闭环控制失效的原因，防止事故的发生。所述技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种闭环控制失效检测方法，用于检测闭环控制系统，所述闭环控制系统包括操控装置、控制器、实际执行装置和安装在所述实际执行装置上的状态检测传感器，所述方法包括：

获取所述状态检测传感器检测到的所述实际执行装置的运行状态数据；

获取所述操控装置发送的操作指令数据；

根据获取到的所述运行状态数据以及预先存储在控制器中的第一阈值判断所述状态检测传感器是否出现故障，所述第一阈值为闭环控制系统允许的所述运行状态数据的极限值；

根据获取到的所述操作指令数据以及预先存储在控制器中的第二阈值判断所述操控装置是否出现故障，所述第二阈值为闭环控制系统允许的所述操作指令数据的极限值；

将获取到的所述运行状态数据和所述操作指令数据进行处理，使所述运行状态数据转换成第一数值，使所述操作指令数据转换成第二数值，所述第一数值和所述第二数值的数值范围一致且数据类型相同；

获取设定时间脉冲前所述第一数值和所述第二数值的第一差值；

获取所述设定时间脉冲后所述第一数值和所述第二数值的第二差值；

根据所述第一差值和所述第二差值判断所述实际执行装置是否出现故障。

进一步地，根据获取到的所述运行状态数据以及预先存储在控制器中的第一阈值判断所述状态检测传感器是否出现故障，包括：

当所述运行状态数据超出所述第一阈值的数值范围时，判断所述状态检测传感器出现故障。

进一步地，根据获取到的所述操作指令数据以及预先存储在控制器中的第二阈值判断所述操控装置是否出现故障，包括：

当所述操作指令数据超出所述第二阈值的数值范围时，判断所述操控装置出现故障。

进一步地，所述根据所述第一差值和所述第二差值判断所述实际执行装置是否出现故障，包括：

当|△a1-△b1|＞△c1max时，判断所述实际执行装置动作缓慢，其中△a1表示在时间脉冲t1前所述第一数值和所述第二数值的第一差值，△b1表示在时间脉冲t1后所述第一数值和所述第二数值的第二差值，|△a1-△b1|表示在时间脉冲t1前后所述第一差值和所述第二差值的变化量的绝对值，△c1max表示预先存储在所述控制器中的闭环控制系统允许的在时间脉冲t1内所述变化量的绝对值的最大值。

进一步地，所述根据所述第一差值和所述第二差值判断所述实际执行装置是否出现故障，包括：

当|△a2-△b2|＞△c2max时，判断所述实际执行装置无动作，其中△a2表示在时间脉冲t2前所述第一数值和所述第二数值的第一差值，△b2表示在时间脉冲t2后所述第一数值和所述第二数值的第二差值，|△a2-△b2|表示在时间脉冲t2前后所述第一差值和所述第二差值的变化量的绝对值，△c2max表示预先存储在所述控制器中的闭环控制系统允许的在时间脉冲t2内所述变化量的绝对值的最大值。

进一步地，所述根据所述第一差值和所述第二差值判断所述实际执行装置是否出现故障，包括：

当|△a3|＞|△b3|时，判断所述实际执行装置反向运行，其中，|△a3|表示在时间脉冲t3前所述第一数值和所述第二数值的第一差值的绝对值，|△b3|表示在时间脉冲t3后所述第一数值和所述第二数值的第二差值的绝对值。

进一步地，所述方法还包括：

定义闭环控制变量error，error用于表示所述闭环控制系统中的各部分是否出现故障，error为大于或等于0的正整数。

进一步地，所述定义闭环控制变量error，包括：

当所述闭环控制系统未出现故障时，定义error＝0；

当所述述状态检测传感器出现故障时，定义error＝1；

当所述操控装置出现故障时，定义error＝2；

当所述实际执行装置出现故障且所述实际执行装置动作缓慢时，定义error＝3；

当所述实际执行装置出现故障且所述实际执行装置无动作时，定义error＝4；

当所述实际执行装置出现故障且所述实际执行装置反向运行时，定义error＝5。

进一步地，所述方法还包括：

显示所述闭环控制变量error，并在error≠0时，发出警报。

另一方面，本发明提供了一种闭环控制失效检测系统，所述闭环控制失效检测系统包括操控装置、控制器、实际执行装置和安装在所述实际执行装置上的状态检测传感器，所述控制器包括：

第一获取模块，用于获取所述状态检测传感器检测到的所述实际执行装置的运行状态数据；

第二获取模块，用于获取所述操控装置发送的操作指令数据；

第一判断模块，用于根据获取到的所述运行状态数据以及预先存储在控制器中的第一阈值判断所述状态检测传感器是否出现故障，所述第一阈值为闭环控制系统允许的所述运行状态数据的极限值；

第二判断模块，用于根据获取到的所述操作指令数据以及预先存储在控制器中的第二阈值判断所述操控装置是否出现故障，所述第二阈值为闭环控制系统允许的所述操作指令数据的极限值；

转换模块，用于将获取到的所述运行状态数据和所述操作指令数据进行处理，使所述运行状态数据转换成第一数值，使所述操作指令数据转换成第二数值，所述第一数值和所述第二数值的数值范围一致且数据类型相同；

第三获取模块，用于获取设定时间脉冲前所述第一数值和所述第二数值的第一差值；

第四获取模块，用于获取所述设定时间脉冲后所述第一数值和所述第二数值的第二差值；

第三判断模块，用于根据所述第一差值和所述第二差值判断所述实际执行装置是否出现故障。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明提供了一种闭环控制失效检测方法，根据获取到的运行状态数据以及预先存储在控制器中的第一阈值即可判断状态检测传感器是否出现故障。根据获取到的操作指令数据以及预先存储在控制器中的第二阈值即可判断操控装置是否出现故障。将获取到的运行状态数据和操作指令数据进行处理，使运行状态数据转换成第一数值，使操作指令数据转换成第二数值，且第一数值和第二数值的数值范围一致且数据类型相同，然后获取设定时间脉冲前第一数值和第二数值的第一差值，获取设定时间脉冲后第一数值和第二数值的第二差值，根据第一差值和第二差值即可判断实际执行装置是否出现故障。该方法简单且便于操作。采用上述方法可以使操作人员能够准确及时的判断出闭环控制失效的原因，防止事故的发生。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种闭环控制失效检测方法的方法流程图；

图2是本发明实施例提供的一种闭环控制失效检测系统的结构框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例提供了一种闭环控制失效检测方法，用于检测闭环控制系统闭环控制失效产生的原因，闭环控制系统包括操控装置、控制器、实际执行装置和安装在实际执行装置上的状态检测传感器。闭环控制失效产生的原因主要有以下几类：

状态检测传感器故障：例如状态检测传感器本身故障、电缆断线等。状态检测传感器故障会造成闭环控制系统无法准确获知或者不能获知实际执行装置的实际运行状态。

操控装置故障：例如操控装置本身故障、指令断线等。操控装置故障会造成闭环控制系统无法准确获知或者不能获知操作指令。

实际执行装置动作缓慢故障：例如实际执行装置运行过程中出现卡滞、动力不足等。实际执行装置动作缓慢故障会造成实际执行装置运行速度低于设定速度值。

实际执行装置无动作故障：例如实际执行装置无动力或者实际执行装置无法获取控制指令，导致实际执行装置没有运行。

实际执行装置反向运行故障：例如实际执行装置收到正向运行指令后，朝着相反的方向运行。

当闭环控制失效时，如无法准确、及时的判断出闭环控制失效产生的原因，则极易引发安全事故，影响设备运行，严重时还会威胁人身安全。

本发明实施例提供了一种闭环控制失效检测方法，用于检测上述闭环控制失效产生的原因，图1是本发明实施例提供的一种闭环控制失效检测方法的方法流程图，如图1所示，该方法包括：

步骤101、获取状态检测传感器检测到的实际执行装置的运行状态数据。

具体地，状态检测传感器会将检测到的实际执行装置的运行状态数据发送给控制器。

步骤102、获取操控装置发送的操作指令数据。

具体地，操控装置会产生操作指令并发送至控制器，操作指令用于指示控制被测设备达到设定状态。

步骤103、判断状态检测传感器是否出现故障。

具体地，步骤103包括：

根据获取到的运行状态数据以及预先存储在控制器中的第一阈值判断状态检测传感器是否出现故障，第一阈值为闭环控制系统允许的运行状态数据的极限值。

第一阈值为一个数值范围，当运行状态数据超出第一阈值的数值范围时，判断状态检测传感器出现故障。

在本实施例中，第一阈值的设置与控制器的型号有关。当选用西门子1200系列控制器时，第一阈值的数值范围可以根据《西门子1200系统手册》直接查询得到。

步骤104、判断操控装置是否出现故障。

具体地，步骤104包括：

根据获取到的操作指令数据以及预先存储在控制器中的第二阈值判断操控装置是否出现故障，第二阈值为闭环控制系统允许的操作指令数据的极限值。

第二阈值为一个数值范围，当操作指令数据超出第二阈值的数值范围时，判断操控装置出现故障。

在本实施例中，第二阈值的设置与控制器的型号有关。当选用西门子1200系列控制器时，第二阈值的数值范围可以根据《西门子1200系统手册》直接查询得到。

步骤105、将获取到的运行状态数据和操作指令进行处理。

具体地，步骤105可以包括：

将获取到的运行状态数据和操作指令数据进行处理，使运行状态数据转换成第一数值，使操作指令数据转换成第二数值，其中，第一数值和第二数值的数值范围一致且数据类型相同。

示例性地，运行状态数据和操作指令数据均为二进制数，可以将运行状态数据和操作指令数据转换成数值范围为0～100的十进制数。

步骤106、判断实际执行装置是否出现故障。

具体地，步骤106可以包括：

获取设定时间脉冲前第一数值和第二数值的第一差值。

获取设定时间脉冲后第一数值和第二数值的第二差值。

根据第一差值和第二差值判断实际执行装置是否出现故障。

在本实施例中，实际执行装置故障可以分为三种情况：实际执行装置动作缓慢、实际执行装置无动作和实际执行装置反向运行。

具体地，当判断实际执行装置是否动作缓慢时，步骤106可以包括：

当|△a1-△b1|＞△c1max时，判断实际执行装置动作缓慢。

其中，△a1表示在时间脉冲t1前第一数值和第二数值的第一差值，△b1表示在时间脉冲t1后第一数值和第二数值的第二差值，|△a1-△b1|表示在时间脉冲t1前后第一差值和第二差值的变化量的绝对值，△c1max表示预先存储在控制器中的闭环控制系统允许的在时间脉冲t1内变化量的绝对值的最大值。

在本实施例中，△c1max可以根据系统控制精度要求设置，例如1°。

当判断实际执行装置是否无动作时，步骤106可以包括：

当|△a2-△b2|＞△c2max时，判断实际执行装置无动作。

其中，△a2表示在时间脉冲t2前第一数值和第二数值的第一差值，△b2表示在时间脉冲t2后第一数值和第二数值的第二差值，|△a2-△b2|表示在时间脉冲t2前后第一差值和第二差值的变化量的绝对值，△c2max表示预先存储在控制器中的闭环控制系统允许的在时间脉冲t2内变化量的绝对值的最大值。

同样地，△c2max也可以根据系统控制精度要求设置，例如1°。

当判断实际执行装置是否反向运行时，步骤106可以包括：

当|△a3|＞|△b3|时，判断实际执行装置反向运行。

其中，|△a3|表示在时间脉冲t3前第一数值和第二数值的第一差值的绝对值，|△b3|表示在时间脉冲t3后第一数值和第二数值的第二差值的绝对值。

在本实施例中，t3＜t2＜t1，t1、t2和t3可以根据控制系统响应时间设置，例如t1＝45s，t2＝3s，t3＝0.5s。

进一步地，该检测方法还可以包括：

步骤107、定义闭环控制变量error。

其中，error用于表示闭环控制系统中的各部分是否出现故障，error为大于或等于0的正整数。

具体地，步骤107可以包括：

当闭环控制系统未出现故障时，定义error＝0；

当状态检测传感器出现故障时，定义error＝1；

当操控装置出现故障时，定义error＝2；

当实际执行装置出现故障时且实际执行装置动作缓慢时，定义error＝3；

当实际执行装置出现故障且实际执行装置无动作时，定义error＝4；

当实际执行装置出现故障且实际执行装置反向运行时，定义error＝5。

进一步地，步骤107还可以包括：

显示定义闭环控制变量error，并在error≠0时，发出警报。将闭环控制变量error进行显示，可以使得操作人员可以直观的了解到闭环控制失效产生的原因。

具体地，可以直接显示error的数值，也可以将error的数值转换成具体的故障原因进行显示，例如，当error＝1时，显示状态检测传感器出现故障。

需要说明的是，上述步骤序号仅仅为了描述，不代表步骤的先后顺序。例如，步骤107可以在步骤101之前执行。

本发明实施例提供了一种闭环控制失效检测方法，根据获取到的运行状态数据以及预先存储在控制器中的第一阈值即可判断状态检测传感器是否出现故障。根据获取到的操作指令数据以及预先存储在控制器中的第二阈值即可判断操控装置是否出现故障。将获取到的运行状态数据和操作指令数据进行处理，使运行状态数据转换成第一数值，使操作指令数据转换成第二数值，且第一数值和第二数值的数值范围一致且数据类型相同，然后获取设定时间脉冲前第一数值和第二数值的第一差值，获取设定时间脉冲后第一数值和第二数值的第二差值，根据第一差值和第二差值即可判断实际执行装置是否出现故障。该方法简单且便于操作。因此采用上述方法可以使操作人员能够准确及时的判断出闭环控制失效的原因，防止事故的发生。

本发明实施例还提供了一种闭环控制失效检测系统，图2是本发明实施例提供的一种闭环控制失效检测系统的结构框图，该闭环控制失效检测系统包括操控装置100、控制器200、实际执行装置300和安装在实际执行装置300上的状态检测传感器400。其中控制器200包括第一获取模块210、第二获取模块220、第一判断模块230、第二判断模块240、转换模块250、第三获取模块260、第四获取模块270、第三判断模块280和闭环控制变量模块290。

第一获取模块210，用于获取状态检测传感器400检测到的实际执行装置300的运行状态数据。

第二获取模块220，用于获取操控装置100发送的操作指令数据。

第一判断模块230，用于根据获取到的运行状态数据以及预先存储在控制器200中的第一阈值判断状态检测传感器是否出现故障，第一阈值为闭环控制系统允许的运行状态数据的极限值。

第二判断模块240，用于根据获取到的操作指令数据以及预先存储在控制器200中的第二阈值判断操控装置100是否出现故障，第二阈值为闭环控制系统允许的操作指令数据的极限值。

转换模块250，用于将获取到的运行状态数据和操作指令数据进行处理，使运行状态数据转换成第一数值，使操作指令数据转换成第二数值，第一数值和第二数值的数值范围一致且数据类型相同。

第三获取模块260，用于获取设定时间脉冲前第一数值和第二数值的第一差值。

第四获取模块270，用于获取设定时间脉冲后第一数值和第二数值的第二差值。

第三判断模块280，用于根据第一差值和第二差值判断实际执行装置300是否出现故障。

本发明实施例提供了一种闭环控制失效检测系统，根据获取到的运行状态数据以及预先存储在控制器200中的第一阈值即可判断状态检测传感器是否出现故障。根据获取到的操作指令数据以及预先存储在控制器200中的第二阈值即可判断操控装置100是否出现故障。将获取到的运行状态数据和操作指令数据进行处理，使运行状态数据转换成第一数值，使操作指令数据转换成第二数值，且第一数值和第二数值的数值范围一致且数据类型相同，然后获取设定时间脉冲前第一数值和第二数值的第一差值，获取设定时间脉冲后第一数值和第二数值的第二差值，根据第一差值和第二差值即可判断实际执行装置300是否出现故障。该系统结构简单。因此采用上述系统可以使操作人员能够准确及时的判断出闭环控制失效的原因，防止事故的发生。

进一步地，第一判断模块230还用于当运行状态数据超出第一阈值的数值范围时，判断状态检测传感器出现故障。

进一步地，第二判断模块240还用于当操作指令数据超出第二阈值的数值范围时，判断操控装置100出现故障。

进一步地，第三判断模块280还用于：

当|△a1-△b1|＞△c1max时，判断实际执行装置300动作缓慢，其中△a1表示在时间脉冲t1前第一数值和第二数值的第一差值，△b1表示在时间脉冲t1后第一数值和第二数值的第二差值，|△a1-△b1|表示在时间脉冲t1前后第一差值和第二差值的变化量的绝对值，△c1max表示预先存储在控制器200中的闭环控制系统允许的在时间脉冲t1内变化量的绝对值的最大值。

进一步地，第三判断模块280还用于：

当|△a2-△b2|＞△c2max时，判断实际执行装置300无动作，其中△a2表示在时间脉冲t2前第一数值和第二数值的第一差值，△b2表示在时间脉冲t2后第一数值和第二数值的第二差值，|△a2-△b2|表示在时间脉冲t2前后第一差值和第二差值的变化量的绝对值，△c2max表示预先存储在控制器200中的闭环控制系统允许的在时间脉冲t2内变化量的绝对值的最大值。

进一步地，第三判断模块280还用于：

当|△a3|＞|△b3|时，判断实际执行装置300反向运行，其中，|△a3|表示在时间脉冲t3前第一数值和第二数值的第一差值的绝对值，|△b3|表示在时间脉冲t3后第一数值和第二数值的第二差值的绝对值。

进一步地，闭环控制变量模块290用于定义闭环控制变量error，error用于表示闭环控制系统中的各部分是否出现故障，error为大于或等于0的正整数。

具体地，闭环控制变量模块290用于：

当闭环控制系统未出现故障时，定义error＝0；

当状态检测传感器出现故障时，定义error＝1；

当操控装置100出现故障时，定义error＝2；

当实际执行装置300出现故障且实际执行装置300动作缓慢时，定义error＝3；

当实际执行装置300出现故障且实际执行装置300无动作时，定义error＝4；

当实际执行装置300出现故障且实际执行装置300反向运行时，定义error＝5。

可选地，该闭环控制失效检测系统还可以包括显示模块500和报警模块600。

其中，显示模块500用于显示闭环控制变量error。报警模块600用于在error≠0时，发出警报。

需要说明的是：上述实施例提供的闭环控制失效检测系统在检测闭环控制失效的原因时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将系统的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的闭环控制失效检测系统与闭环控制失效检测方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。