本發(fā)明一般涉及用于排放控制系統(tǒng)中的故障診斷的技術(shù)，以及更具體來說涉及用于檢測(cè)選擇性催化還原單元中的故障的技術(shù)。

背景技術(shù)：

例如氧化氮和二氧化硫的工業(yè)排放造成環(huán)境污染。環(huán)境污染在許多工業(yè)中受到管制。嚴(yán)格管制要求由政府和標(biāo)準(zhǔn)團(tuán)體來采用，以便使有毒氣體被工業(yè)設(shè)施排放到大氣中為最小。通常，排放控制系統(tǒng)包含還原反應(yīng)器，其中工業(yè)散發(fā)(emanation)采用還原劑以化學(xué)方式處理，以降低排放。具體來說，將諸如氨的還原劑注入到進(jìn)入還原反應(yīng)器的廢氣流中，以降低來自廢氣流的排放、例如nox。

執(zhí)行廢氣排放的分析和控制，以遵守管制要求。排放分析可通過使用安裝在排氣煙囪(stack)中的氣體組成分析器連續(xù)執(zhí)行。備選地，排放分析可使用經(jīng)過提取系統(tǒng)連接到排氣煙囪的氣體組成分析器來執(zhí)行。但是，連續(xù)分析因安裝成本、維護(hù)和校準(zhǔn)要求而是昂貴的。基于計(jì)算機(jī)的模型可用來預(yù)測(cè)排放、例如氧化氮(nox)排放，以便降低排放的分析成本。與燃料轉(zhuǎn)換過程關(guān)聯(lián)的多個(gè)預(yù)測(cè)參數(shù)、例如溫度和還原劑覆蓋區(qū)由基于計(jì)算機(jī)的模型用來確定排放量的估計(jì)。

以往所使用的方法包含非線性統(tǒng)計(jì)的,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),本征值,隨機(jī)的和處理來自可用現(xiàn)場(chǎng)裝置的輸入?yún)?shù)并且預(yù)測(cè)過程排放速率和燃燒或過程效率的其他方法。

發(fā)電廠中的排放控制系統(tǒng)可在性能方面遭遇退化，并且在操作期間形成故障?；诜治龅呐欧趴刂萍夹g(shù)在故障存在的情況下不是完全有效的。故障的知識(shí)可用在臨時(shí)準(zhǔn)備排放控制技術(shù)的效能中。故障的檢測(cè)還幫助預(yù)知組件的故障并且準(zhǔn)備計(jì)劃的維護(hù)時(shí)間表。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

按照本說明書的一個(gè)方面，公開一種用于包括選擇性催化還原(scr)反應(yīng)器的scr系統(tǒng)的故障檢測(cè)方法。該方法包含從多個(gè)傳感器接收scr反應(yīng)器的多個(gè)操作參數(shù)。該方法還包含基于多個(gè)操作參數(shù)來估計(jì)表示scr反應(yīng)器的自適應(yīng)反應(yīng)器模型的狀態(tài)。該方法還包含基于多個(gè)操作參數(shù)和自適應(yīng)反應(yīng)器模型的估計(jì)狀態(tài)來生成特征參數(shù)。該方法包含基于特征參數(shù)來確定scr系統(tǒng)中的故障。

按照本說明書的另一方面，公開一種用于scr系統(tǒng)的故障診斷系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含選擇性催化還原(scr)反應(yīng)器和信號(hào)獲取單元。該系統(tǒng)還包含多個(gè)傳感器，其用于向信號(hào)獲取單元提供scr反應(yīng)器的多個(gè)操作參數(shù)。該系統(tǒng)還包含排放控制單元，其在通信上耦合到信號(hào)獲取單元，并且配置成基于多個(gè)操作參數(shù)來估計(jì)表示scr反應(yīng)器的自適應(yīng)反應(yīng)器模型的狀態(tài)。該系統(tǒng)還包含故障管理單元，其耦合到scr反應(yīng)器和排放控制單元，并且配置成基于多個(gè)操作參數(shù)和自適應(yīng)反應(yīng)器模型來生成多個(gè)特征參數(shù)。故障管理單元還配置成基于多個(gè)特征參數(shù)來確定scr系統(tǒng)中的故障。

按照本說明書的另一方面，公開一種具有指令的非暫時(shí)計(jì)算機(jī)可讀媒介。指令使至少一個(gè)處理器單元能夠從多個(gè)傳感器接收與選擇性催化還原(scr)反應(yīng)器有關(guān)的多個(gè)操作參數(shù)。指令還使至少一個(gè)處理器能夠基于多個(gè)操作參數(shù)來估計(jì)表示scr反應(yīng)器的自適應(yīng)反應(yīng)器模型的狀態(tài)。指令還使至少一個(gè)處理器能夠基于多個(gè)操作參數(shù)和自適應(yīng)反應(yīng)器模型來生成特征參數(shù)。指令還使至少一個(gè)處理器能夠基于特征參數(shù)來確定scr系統(tǒng)中的故障。

本發(fā)明提供一組技術(shù)方案,如下:

1.一種用于包括選擇性催化還原(scr)反應(yīng)器的scr系統(tǒng)的故障檢測(cè)方法，所述方法包括：

從多個(gè)傳感器接收所述scr反應(yīng)器的多個(gè)操作參數(shù)；

基于所述多個(gè)操作參數(shù)來估計(jì)表示所述scr反應(yīng)器的自適應(yīng)反應(yīng)器模型的狀態(tài)；

基于所述多個(gè)操作參數(shù)和所述自適應(yīng)反應(yīng)器模型的所估計(jì)狀態(tài)來生成特征參數(shù)；以及

基于所述特征參數(shù)來確定所述scr系統(tǒng)中的故障。

2.如技術(shù)方案1所述的方法，其中，所述多個(gè)操作參數(shù)包括多個(gè)入口參數(shù)、多個(gè)出口參數(shù)、還原劑滑移值、排放值和流量參數(shù)的一個(gè)或多個(gè)。

3.如技術(shù)方案1所述的方法，其中，所述自適應(yīng)反應(yīng)器模型包含所述scr反應(yīng)器的時(shí)變數(shù)學(xué)模型。

4.如技術(shù)方案3所述的方法，其中，估計(jì)包括使用擴(kuò)展卡爾曼濾波來確定所述自適應(yīng)反應(yīng)器模型的狀態(tài)的估計(jì)。

5.如技術(shù)方案1所述的方法，其中，確定所述故障包括：

使用所述自適應(yīng)反應(yīng)器模型使用所述多個(gè)操作參數(shù)來估計(jì)與所述scr系統(tǒng)的子系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的癥狀參數(shù)；以及

基于所述癥狀參數(shù)和所述多個(gè)操作參數(shù)來確定與所述子系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的所述特征參數(shù)。

6.如技術(shù)方案5所述的方法，其中，所述癥狀參數(shù)包括排放偏移參數(shù)和還原劑滑移偏移參數(shù)中的至少一個(gè)。

7.如技術(shù)方案5所述的方法，其中，所述特征參數(shù)包括氣流偏移、還原劑流量偏移、還原劑閥偏移、入口排放偏移、出口排放偏移和滑移偏移值中的至少一個(gè)。

8.如技術(shù)方案5所述的方法，其中，所述子系統(tǒng)包括注入網(wǎng)格子系統(tǒng)、反應(yīng)器入口子系統(tǒng)、反應(yīng)器子系統(tǒng)和反應(yīng)器煙囪子系統(tǒng)中的至少一個(gè)。

9.如技術(shù)方案1所述的方法，其中，所述故障包括鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)扇故障、流量傳感器故障、流量閥故障、入口傳感器故障、煙囪傳感器故障、滑移傳感器故障和催化劑故障中的至少一個(gè)。

10.一種用于scr系統(tǒng)的故障診斷系統(tǒng)，包括：

選擇性催化還原(scr)反應(yīng)器；

信號(hào)獲取單元；

多個(gè)傳感器，用于向所述信號(hào)獲取單元提供所述scr反應(yīng)器的多個(gè)操作參數(shù)；

排放控制單元，在通信上耦合到所述信號(hào)獲取單元，并且配置成基于所述多個(gè)操作參數(shù)來估計(jì)表示所述scr反應(yīng)器的自適應(yīng)反應(yīng)器模型的狀態(tài)；

故障管理單元，耦合到所述scr反應(yīng)器和所述排放控制單元，并且配置成：

基于所述多個(gè)操作參數(shù)和所述自適應(yīng)反應(yīng)器模型來生成多個(gè)特征參數(shù)；以及

基于所述多個(gè)特征參數(shù)來確定所述scr系統(tǒng)中的故障。

11.如技術(shù)方案10所述的系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)傳感器配置成測(cè)量多個(gè)入口參數(shù)、多個(gè)出口參數(shù)、還原劑滑移值、排放值和流量參數(shù)。

12.如技術(shù)方案10所述的系統(tǒng)，其中，所述自適應(yīng)反應(yīng)器模型包括所述scr反應(yīng)器的時(shí)變數(shù)學(xué)模型。

13.如技術(shù)方案12所述的系統(tǒng)，其中，所述排放控制單元配置成使用擴(kuò)展卡爾曼濾波器(ekf)來確定所述自適應(yīng)反應(yīng)器模型的狀態(tài)的估計(jì)。

14.如技術(shù)方案10所述的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其中，所述故障管理單元配置成：

使用所述自適應(yīng)反應(yīng)器模型使用所述多個(gè)操作參數(shù)來估計(jì)與所述scr系統(tǒng)的子系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的癥狀參數(shù)；以及

基于所述癥狀參數(shù)和所述多個(gè)操作參數(shù)來確定與所述子系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的特征參數(shù)。

15.如技術(shù)方案14所述的系統(tǒng)，其中，所述故障管理單元配置成確定排放偏移參數(shù)和還原劑滑移偏移參數(shù)中的至少一個(gè)。

16.如技術(shù)方案14所述的系統(tǒng)，其中，所述故障管理單元配置成確定氣流偏移、還原劑流量偏移、還原劑閥偏移、入口排放偏移、出口排放偏移和滑移偏移值中的至少一個(gè)。

17.如技術(shù)方案14所述的系統(tǒng)，其中，所述故障管理單元配置成確定注入網(wǎng)格子系統(tǒng)、反應(yīng)器入口子系統(tǒng)、反應(yīng)器子系統(tǒng)和反應(yīng)器煙囪子系統(tǒng)中的至少一個(gè)中的故障的至少一個(gè)。

18.如技術(shù)方案10所述的系統(tǒng)，其中，所述故障管理單元配置成確定包括鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)扇故障、流量傳感器故障、流量閥故障、入口傳感器故障、煙囪傳感器故障、滑移傳感器故障和催化劑故障的多個(gè)故障中的至少一個(gè)。

19.一種具有指令的非暫時(shí)計(jì)算機(jī)可讀媒介，所述指令用來使至少一個(gè)處理器單元能夠：

從多個(gè)傳感器接收與選擇性催化還原(scr)反應(yīng)器有關(guān)的多個(gè)操作參數(shù)；

基于所述多個(gè)操作參數(shù)來估計(jì)表示所述scr反應(yīng)器的自適應(yīng)反應(yīng)器模型的狀態(tài)；

基于所述多個(gè)操作參數(shù)和所述自適應(yīng)反應(yīng)器模型來生成特征參數(shù)；以及

基于所述特征參數(shù)來確定scr系統(tǒng)中的故障。

附圖說明

在參照附圖閱讀下面詳細(xì)描述時(shí)，將會(huì)變得更好地理解本發(fā)明的實(shí)施例的這些及其他特征和方面，附圖中，相似字符在附圖中通篇表示相似部件，附圖包括：

圖1是按照本說明書的方面的用于排放控制系統(tǒng)中的故障診斷的系統(tǒng)的圖解說明；

圖2是按照本說明書的方面的圖1的系統(tǒng)的信號(hào)流程圖；

圖3是圖示按照本說明書的方面的選擇性催化還原(scr)模型的組件的框圖；

圖4是圖示按照本說明書的方面的用于估計(jì)scr模型的實(shí)施例的性能的圖表；

圖5圖示按照本說明書的方面的用于排放控制系統(tǒng)中的故障診斷的示范架構(gòu)；

圖6是圖示按照本說明書的方面的scr系統(tǒng)中的癥狀參數(shù)、事件和故障及其相互關(guān)系的框圖；以及

圖7是按照本說明書的方面的用于排放控制系統(tǒng)中的故障診斷的示范方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

在某些實(shí)施例中，用于排放控制系統(tǒng)的故障診斷的方法和系統(tǒng)包含從選擇性催化還原(scr)反應(yīng)器來接收多個(gè)操作參數(shù)，并且基于多個(gè)操作參數(shù)來確定scr模型。表征scr系統(tǒng)的多個(gè)操作事件的多個(gè)特征參數(shù)基于多個(gè)操作參數(shù)和scr模型來確定。在其中一個(gè)或多個(gè)故障存在于系統(tǒng)中的情況下，scr系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)故障的至少一個(gè)基于多個(gè)特征參數(shù)來確定。

術(shù)語“選擇性催化還原(scr)反應(yīng)器”用來指用來降低來自諸如發(fā)電廠、引擎系統(tǒng)和生產(chǎn)設(shè)施的工業(yè)設(shè)備的排放的單元。術(shù)語‘scr模型’和‘反應(yīng)器模型’等效和可互換地用來指表示scr反應(yīng)器的模型。術(shù)語“排放”指一個(gè)或多個(gè)氧化氮、二氧化氮，并且與nox等效和可互換地一起使用的化合物。術(shù)語“還原劑”指用來經(jīng)過化學(xué)還原過程降低來自工業(yè)設(shè)備的排放的化學(xué)品、例如氨。術(shù)語“排放控制系統(tǒng)”指基于處理器的硬件元件，其能夠確定將要引入到scr反應(yīng)器中用于把來自發(fā)電廠的排放降低到預(yù)期等級(jí)的還原劑量。術(shù)語“故障”指scr系統(tǒng)中的一個(gè)或多個(gè)子系統(tǒng)或組件的操作缺陷。

圖1圖示用于配備有排放控制系統(tǒng)102的發(fā)電廠中的故障診斷的系統(tǒng)100。排放控制系統(tǒng)102包含選擇性催化還原(scr)反應(yīng)器108，其耦合到排氣口106、例如配置成散發(fā)排氣流的燃?xì)鉁u輪機(jī)排氣裝置。scr反應(yīng)器108包含入口114、出口110和設(shè)置在scr反應(yīng)器108內(nèi)部的催化劑112。入口114配置成接收燃?xì)鉁u輪機(jī)排氣裝置106的排氣流，以及出口110配置成將所處理排放釋放到大氣。scr反應(yīng)器108還包含注射器116，其用于將還原劑引入到scr反應(yīng)器108中。在催化劑112存在的情況下還原劑與排放進(jìn)行交互，以生成將要釋放到環(huán)境的所處理排放。系統(tǒng)100包含信號(hào)獲取單元118、排放控制單元120和故障管理單元122。排放控制單元120包含自適應(yīng)反應(yīng)器模型134。系統(tǒng)100還包含處理器單元124和存儲(chǔ)器單元126。

信號(hào)獲取單元118在通信上耦合到排放控制系統(tǒng)102，并且配置成得到排放控制系統(tǒng)102的多個(gè)操作參數(shù)104。多個(gè)傳感器(圖1中未示出)可由排放控制系統(tǒng)102用來測(cè)量例如多個(gè)操作參數(shù)104。在一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)傳感器設(shè)置在scr反應(yīng)器108的入口114和scr反應(yīng)器108的出口110處，用于向信號(hào)獲取單元118提供多個(gè)操作參數(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)參數(shù)包含scr反應(yīng)器108的多個(gè)入口參數(shù)、scr反應(yīng)器108的多個(gè)出口參數(shù)、從出口110所獲取的還原劑滑移值、來自scr反應(yīng)器108的排放值以及表示進(jìn)入到scr反應(yīng)器108中的還原劑流入物的流量參數(shù)。多個(gè)入口參數(shù)可包含但不限于氨(nh3)、氧(o2)、一氧化氮(no)、二氧化氮(no2)。多個(gè)出口參數(shù)可包含但不限于在scr反應(yīng)器108的出口110處所測(cè)量的排放值以及滑移值。信號(hào)獲取單元118還可配置成從系統(tǒng)100的預(yù)定存儲(chǔ)器位置來檢索滑移設(shè)置點(diǎn)。在一個(gè)實(shí)施例中，滑移設(shè)置點(diǎn)通過脫機(jī)實(shí)驗(yàn)來確定，并且存儲(chǔ)在可由信號(hào)獲取單元118可訪問的存儲(chǔ)器單元126中。在一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)入口參數(shù)和多個(gè)出口參數(shù)從連續(xù)排放監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(cems)來得到。

排放控制單元120在通信上耦合到信號(hào)獲取單元118，并且配置成從信號(hào)獲取單元118接收多個(gè)操作參數(shù)104。排放控制單元120配置成基于多個(gè)操作參數(shù)來估計(jì)表示scr反應(yīng)器108的自適應(yīng)反應(yīng)器模型134。自適應(yīng)反應(yīng)器模型134配置成模擬scr反應(yīng)器的化學(xué)反應(yīng)，并且生成多個(gè)操作參數(shù)的估計(jì)。在一個(gè)實(shí)施例中，自適應(yīng)反應(yīng)器模型134是工作在多個(gè)狀態(tài)中的時(shí)變非線性模型。自適應(yīng)反應(yīng)器模型的狀態(tài)指在特定時(shí)刻的自適應(yīng)反應(yīng)器模型的操作參數(shù)的組合。由排放控制單元120對(duì)自適應(yīng)反應(yīng)器模型134的估計(jì)包含實(shí)時(shí)地確定自適應(yīng)反應(yīng)器模型134的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，估計(jì)自適應(yīng)反應(yīng)器模型134包含基于多個(gè)操作參數(shù)來估計(jì)狀態(tài)。在一些實(shí)施例中，排放控制單元120還配置成基于自適應(yīng)反應(yīng)器模型134和多個(gè)操作參數(shù)來估計(jì)還原劑流量設(shè)置點(diǎn)。向注射器116提供還原劑流量設(shè)置點(diǎn)，用于控制還原劑到scr反應(yīng)器108中的流動(dòng)。作為示例，還原劑流量設(shè)置點(diǎn)可使用通過排放控制單元120的自動(dòng)控制或者使用手動(dòng)控制來提供給注射器116，以促進(jìn)來自scr反應(yīng)器108的出口的散發(fā)的降低。在手動(dòng)控制的情況下，操作員可手動(dòng)設(shè)置還原劑閥，以促進(jìn)來自scr反應(yīng)器108的出口110的散發(fā)的降低。排放控制單元120可由操作員用在估計(jì)通過存儲(chǔ)器位置所檢索的還原劑流量設(shè)置點(diǎn)中。

在一個(gè)實(shí)施例中，自適應(yīng)反應(yīng)器模型134包含scr反應(yīng)器的時(shí)變數(shù)學(xué)模型。在另一個(gè)實(shí)施例中，自適應(yīng)反應(yīng)器模型134基于多個(gè)傳感器的至少一個(gè)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。作為示例，時(shí)變數(shù)學(xué)模型包含擴(kuò)展卡爾曼濾波器(ekf)。在另一個(gè)示例中，時(shí)變數(shù)學(xué)模型可包含基于諸如卡爾曼濾波器的濾波器及其變體(例如無味卡爾曼濾波器(ukf))的其他濾波技術(shù)。時(shí)變數(shù)學(xué)模型配置成自適應(yīng)地實(shí)時(shí)估計(jì)自適應(yīng)反應(yīng)器模型的狀態(tài)。

自適應(yīng)反應(yīng)器模型134可包含電子器件(硬件和/或軟件)，其能夠執(zhí)行包含但不限于信號(hào)解碼和/或延遲插入的操作。在非限制性示例中，為了幫助上面提及的操作，自適應(yīng)反應(yīng)器模型134可包含微處理器、存儲(chǔ)器或者其組合。微處理器可包含簡(jiǎn)化指令集計(jì)算(risc)架構(gòu)類型微處理器或者復(fù)雜指令集計(jì)算(cisc)架構(gòu)類型微處理器。此外，微處理器可具有單核類型或者多核類型。

故障管理單元122耦合到排放控制單元120，并且配置成檢測(cè)scr反應(yīng)器108的故障。在其中檢測(cè)到一個(gè)或多個(gè)故障的實(shí)施例中，故障管理單元122可向操作員提供用于管理和校正故障的建議。此外，故障管理單元122配置成基于反應(yīng)器模型134和多個(gè)操作參數(shù)來估計(jì)與排放控制系統(tǒng)102的子系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的癥狀參數(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，癥狀參數(shù)包含排放偏移和還原劑滑移偏移參數(shù)中的至少一個(gè)。術(shù)語“排放偏移”指來自出口110的排放值與來自scr模型的排放值的估計(jì)之間的差。類似地，術(shù)語“還原劑滑移偏移”指還原劑流量設(shè)置點(diǎn)值與由傳感器所測(cè)量的實(shí)際還原劑流量之間的差。本文中應(yīng)當(dāng)注意，癥狀參數(shù)還可包含多個(gè)操作參數(shù)中的一個(gè)。故障管理單元122還配置成基于癥狀參數(shù)和多個(gè)操作參數(shù)來確定與排放控制系統(tǒng)102的至少一個(gè)子系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的多個(gè)特征參數(shù)。排放控制系統(tǒng)102的至少一個(gè)子系統(tǒng)可包含注入網(wǎng)格子系統(tǒng)、反應(yīng)器入口子系統(tǒng)、反應(yīng)器催化劑子系統(tǒng)、反應(yīng)器子系統(tǒng)、反應(yīng)器煙囪子系統(tǒng)和熱回收蒸汽發(fā)生器(hrsg)煙囪子系統(tǒng)中的至少一個(gè)。多個(gè)特征參數(shù)可用來識(shí)別scr反應(yīng)器108的操作事件。多個(gè)特征參數(shù)包括能夠確定排放系統(tǒng)的操作期間的多個(gè)事件的特性參數(shù)，并且可包含例如氣流偏移、還原劑流量偏移、還原劑閥偏移、入口排放偏移、出口排放偏移和滑移偏移值中的至少一個(gè)。

多個(gè)特征參數(shù)與子系統(tǒng)的至少一個(gè)相關(guān)?；诙鄠€(gè)特征參數(shù)所確定的操作事件指示關(guān)聯(lián)子系統(tǒng)的操作狀態(tài)。此外，操作事件可由故障測(cè)量單元122用來生成故障指示符128。作為示例，流量傳感器故障通過檢測(cè)操作事件例如還原劑流量事件來確定。此外，還原劑流量事件又基于特征參數(shù)例如還原劑流量偏移來確定。通過本文所公開的示范技術(shù)所檢測(cè)的多個(gè)故障包含但不限于鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)扇故障、流量傳感器故障、流量閥故障、入口傳感器故障、煙囪傳感器故障、滑移傳感器故障和催化劑故障。

在系統(tǒng)100中，處理器單元124在通信上耦合到通信總線130，并且可包含至少一個(gè)算術(shù)邏輯單元、微處理器、通用控制器或處理器陣列，以執(zhí)行預(yù)期計(jì)算或運(yùn)行計(jì)算機(jī)程序。在一個(gè)實(shí)施例中，處理器單元124的功能性可限制到由信號(hào)獲取單元118所執(zhí)行的任務(wù)。在另一個(gè)實(shí)施例中，處理器單元124的功能性可基于由排放控制單元120所執(zhí)行的功能。在又一個(gè)實(shí)施例中，處理器單元124的功能性可基于由故障管理單元122所執(zhí)行的功能。處理器單元124可配置成提供信號(hào)獲取單元118、排放控制單元120和故障管理單元122的一個(gè)或多個(gè)的功能性。雖然處理器單元124示為單個(gè)單元，但是可注意，處理器單元124可作為兩個(gè)或多個(gè)單元存在于系統(tǒng)100中，其中兩個(gè)或多個(gè)單元的每個(gè)單元可包含一個(gè)或多個(gè)處理器，其配置成提供信號(hào)獲取單元118、排放控制單元120和故障管理單元122的一個(gè)或多個(gè)的功能性。

此外，系統(tǒng)100的存儲(chǔ)器單元126在通信上耦合到處理器單元124，并且配置成由駐留在單元118、120和122的至少一個(gè)中的至少一個(gè)處理器來訪問。在示范實(shí)施例中，存儲(chǔ)器單元126可指一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)器模塊。存儲(chǔ)器單元126可以是非暫時(shí)存儲(chǔ)媒介。例如，存儲(chǔ)器單元126可以是動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(dram)裝置、靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(sram)裝置、閃速存儲(chǔ)器或者其他存儲(chǔ)器裝置。在一個(gè)實(shí)施例中，存儲(chǔ)器可包含非易失性存儲(chǔ)器或者類似永久存儲(chǔ)裝置、媒體,例如硬盤驅(qū)動(dòng)、軟盤驅(qū)動(dòng)、致密光盤只讀存儲(chǔ)器(cd-rom)裝置、數(shù)字多功能光盤只讀存儲(chǔ)器(dvd-rom)裝置、數(shù)字多功能光盤隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(dvd-ram)裝置、數(shù)字多功能可重寫(dvd-rw)裝置、閃速存儲(chǔ)器裝置或者其他非易失性存儲(chǔ)裝置。在一個(gè)具體實(shí)施例中，非暫時(shí)計(jì)算機(jī)可讀媒介可編碼有具有指令的程序，該指令用來指示至少一個(gè)處理器執(zhí)行信號(hào)獲取單元118、排放控制單元120和故障管理單元122的一個(gè)或多個(gè)的功能。

圖2圖示圖1的故障診斷系統(tǒng)100的信號(hào)流程圖200。信號(hào)流程圖200包含scr系統(tǒng)226，其具有燃?xì)鉁u輪機(jī)入口、排氣出口以及入口與出口之間的scr反應(yīng)器。來自scr系統(tǒng)的排放由排放控制單元202(其具有表示scr反應(yīng)器的自適應(yīng)反應(yīng)器模型214)來監(jiān)測(cè)和控制。故障管理單元212在通信上耦合到排放控制單元和scr系統(tǒng)226，并且配置成確定多個(gè)故障220。

多個(gè)傳感器設(shè)置在scr系統(tǒng)26中，并且配置成測(cè)量多個(gè)操作參數(shù)206。多個(gè)操作參數(shù)206通常包含在scr系統(tǒng)226的入口處所測(cè)量的多個(gè)入口參數(shù)以及還包含在scr系統(tǒng)226的排氣裝置處所測(cè)量的多個(gè)出口參數(shù)?？捎膳欧趴刂茊卧?02、自適應(yīng)反應(yīng)器模型214和/或故障管理單元212來使用多個(gè)操作參數(shù)206。排放控制單元202還配置成接收表示scr反應(yīng)器中的殘余還原劑的估計(jì)的前饋信號(hào)204以及表示來自scr系統(tǒng)226的排氣裝置的還原劑滑移值的反饋信號(hào)210。排放控制單元202還配置成從自適應(yīng)反應(yīng)器模型214接收多個(gè)操作參數(shù)的估計(jì)。排放控制單元202配置成估計(jì)scr反應(yīng)器的狀態(tài)208。此外，排放控制單元202還配置成估計(jì)將要提供給scr系統(tǒng)226的注入子系統(tǒng)的還原劑流量設(shè)置點(diǎn)224。在一個(gè)實(shí)施例中，還原劑設(shè)置點(diǎn)224基于前饋信號(hào)204和反饋信號(hào)210來確定。在一個(gè)實(shí)施例中，擴(kuò)展卡爾曼濾波器用來確定scr反應(yīng)器模型的狀態(tài)208。在一個(gè)實(shí)施例中，從自適應(yīng)反應(yīng)器模型214來得到scr系統(tǒng)226的多個(gè)操作參數(shù)的估計(jì)。

故障管理單元212配置成接收自適應(yīng)反應(yīng)器模型的狀態(tài)208和多個(gè)操作參數(shù)206。故障管理單元212還配置成與scr反應(yīng)器226交換故障相關(guān)信息222。故障管理單元212配置成基于多個(gè)參數(shù)206來生成多個(gè)癥狀參數(shù)216。故障管理單元212還配置成基于多個(gè)癥狀參數(shù)216來生成多個(gè)特征參數(shù)218。故障管理單元212還配置成基于多個(gè)癥狀參數(shù)216和多個(gè)特征參數(shù)218來確定表示多個(gè)故障220的多個(gè)事件。

圖3是圖示定位在圖1的排放控制單元120中的scr模型的數(shù)學(xué)模型300的組件的框圖。數(shù)學(xué)模型300是表示scr單元中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)模型。在scr單元中，氨從注射器注入到廢氣流中，并且可在催化劑存在的情況下與nox進(jìn)行反應(yīng)，以產(chǎn)生氮(n2)和水(h2o)?；瘜W(xué)反應(yīng)包含但不限于與催化劑的氨吸收和解吸反應(yīng)、氨氧化反應(yīng)、標(biāo)準(zhǔn)scr反應(yīng)、快速scr反應(yīng)、no2scr反應(yīng)和no氧化反應(yīng)。數(shù)學(xué)模型300包含代數(shù)方程集合304、306、308以及表征scr反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)的常微分方程集合310。代數(shù)方程集合包含多個(gè)速率方程304，其描述個(gè)別反應(yīng)的特性、例如每個(gè)化學(xué)反應(yīng)物或產(chǎn)物的濃度變化。代數(shù)方程集合還包含催化劑溫度的方程306、關(guān)于氨、氧化氮和二氧化氮的質(zhì)量平衡方程308。常微分方程集合310包含關(guān)于氨表面覆蓋的質(zhì)量平衡的方程。scr模型包含多個(gè)參數(shù)，例如每個(gè)化學(xué)反應(yīng)物或產(chǎn)物的化學(xué)組成和濃度以及氨在催化劑上的覆蓋比率。氨在催化劑上的覆蓋比率還可至少取決于催化劑的特性，例如化學(xué)組成、催化劑基質(zhì)、物理幾何結(jié)構(gòu)和使用時(shí)間。

圖4是圖示用于估計(jì)scr模型的技術(shù)的執(zhí)行的圖表400。圖表400包含表示單位為分鐘的時(shí)間的x軸402以及表示按照百萬分率的單位的scr出口處的排放的y軸404。曲線406、408、410表示從scr單元所得到的排放值以及分別從兩個(gè)不同模型所得到的對(duì)應(yīng)估計(jì)。曲線406表示在scr單元的出口處的排放的測(cè)量。曲線408表示沒有任何狀態(tài)估計(jì)技術(shù)的情況下從scr模型所得到的排放的估計(jì)。曲線410表示使用擴(kuò)展卡爾曼濾波器從scr模型所得到的排放的估計(jì)?？捎^察到，與曲線406相比，曲線408和410緊密匹配。

圖5圖示用于排放控制系統(tǒng)、例如圖1的排放控制單元120中的故障診斷的架構(gòu)500。架構(gòu)500包含兩個(gè)類別的控制單元，即scr控制單元502和燃?xì)鉁u輪機(jī)控制單元504，其分別對(duì)應(yīng)于scr單元和排氣發(fā)生器(例如燃?xì)鉁u輪機(jī))。scr控制單元502包含氨控制閥506、霧化空氣控制閥508和稀釋風(fēng)扇510，其控制向注入網(wǎng)格514饋送還原劑流量的蒸發(fā)器的操作。燃?xì)鉁u輪機(jī)控制單元504包含用于控制燃?xì)鉁u輪機(jī)(gt)系統(tǒng)的操作的入口抽氣加熱系統(tǒng)(ibh)以及燃料劃分(split)、燃料沖程參考(fsr)位置的機(jī)構(gòu)512。多個(gè)傳感器包含但不限于測(cè)量進(jìn)入到scr反應(yīng)器中的還原劑流量的還原劑流量傳感器、用于測(cè)量入口排放的scr入口傳感器、用于測(cè)量來自出口的排放的排放傳感器以及測(cè)量來自scr系統(tǒng)的出口的殘余還原劑的滑移傳感器。

多個(gè)操作參數(shù)522包含但不限于fcv(流量控制閥-位置)、fe(流量元素-經(jīng)過控制閥的流量)、p(壓力)、t(溫度)。fexh(來自燃?xì)鉁u輪機(jī)排氣裝置的流量)、o2(氧百分比)、co(一氧化碳-ppm)、從cems(連續(xù)排放監(jiān)測(cè)系統(tǒng))所得到的no、no2和nh3的測(cè)量。多個(gè)操作參數(shù)522可用來檢測(cè)指示排放控制系統(tǒng)中的故障的一個(gè)或多個(gè)癥狀參數(shù)。排放控制系統(tǒng)包含多個(gè)子系統(tǒng)，例如注入網(wǎng)格514、scr入口516、scr催化劑518和hrsg520。故障診斷架構(gòu)500包含用于確定與子系統(tǒng)514、516、518和520的一個(gè)或多個(gè)關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)事件的多個(gè)技術(shù)524。至少一個(gè)事件基于一個(gè)或多個(gè)癥狀參數(shù)來確定。與特定子系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的排放控制系統(tǒng)的故障條件可基于一個(gè)或多個(gè)癥狀參數(shù)和所檢測(cè)事件的至少一個(gè)來確定。

圖6是圖示指示排放控制系統(tǒng)中的一個(gè)或多個(gè)故障的癥狀的多個(gè)癥狀參數(shù)602、與故障關(guān)聯(lián)的多個(gè)事件604以及與scr排放控制系統(tǒng)中的特定子系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的多個(gè)故障606之間的關(guān)系的框圖600。在示范實(shí)施例中，多個(gè)癥狀參數(shù)包含但不限于降低的煙囪排放還原608和增加的煙囪氨滑移值610。多個(gè)偏移值基于子系統(tǒng)的每個(gè)中的多個(gè)操作參數(shù)來確定。例如，與注入網(wǎng)格子系統(tǒng)對(duì)應(yīng)，空氣霧化偏移、鼓風(fēng)機(jī)速度偏移、還原劑流量偏移和還原劑閥偏移可基于操作參數(shù)來確定。在另一個(gè)示例中，可確定與scr入口子系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的入口排放偏移。在另一個(gè)示例中，出口排放偏移和滑移偏移可基于與scr催化劑子系統(tǒng)和scr煙囪子系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的多個(gè)操作參數(shù)來確定。

空氣霧化偏移指空氣霧化致動(dòng)器的實(shí)際與預(yù)期位置之間的偏移。鼓風(fēng)機(jī)速度偏移指實(shí)際鼓風(fēng)機(jī)速度與期望鼓風(fēng)機(jī)速度之間的差。術(shù)語“還原劑流量偏移”指從還原劑傳感器所測(cè)量的實(shí)際還原劑流量與如由圖1的排放控制單元120所估計(jì)的所要求的還原劑流量的估計(jì)之間的差。術(shù)語“還原劑閥偏移”指由scr模型所估計(jì)的還原劑需求與基于流量閥位置所確定的實(shí)際還原劑流量之間的差。術(shù)語“入口排放偏移”指與燃?xì)鉁u輪機(jī)和hrsg對(duì)應(yīng)的基于燃?xì)鉁u輪機(jī)模型的排放估計(jì)與由排氣出口106提供給scr入口的排放的實(shí)際測(cè)量之間的差。術(shù)語“出口排放偏移”指由scr模型所估計(jì)的排放與在scr單元的出口處所測(cè)量的排放之間的差。術(shù)語“出口排放偏移”和“排放偏移”在本說明書中可互換和等效地使用。術(shù)語“滑移偏移值”指由scr模型所估計(jì)的滑移值與所測(cè)量滑移值之間的差。

指示與排放控制系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的多個(gè)故障的多個(gè)事件可基于多個(gè)偏移值來確定。多個(gè)閾值與多個(gè)偏移值一起用來確定多個(gè)故障。在第一步驟中，當(dāng)偏移值超過對(duì)應(yīng)的預(yù)定閾值時(shí)，檢測(cè)到對(duì)應(yīng)事件。此外，當(dāng)檢測(cè)到對(duì)應(yīng)事件時(shí)，與所檢測(cè)的事件關(guān)聯(lián)的故障被識(shí)別為存在于排放控制系統(tǒng)中。與多個(gè)子系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的多個(gè)事件包含但不限于空氣霧化事件和鼓風(fēng)機(jī)速度事件612、還原劑流量事件614、還原劑需求事件616、入口排放事件618、出口排放事件620和滑移偏移事件622。通過示范技術(shù)所確定的多個(gè)故障包含但不限于空氣霧化控制閥故障(和鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)扇故障)624、流量傳感器故障626、流量閥故障628、入口傳感器故障630、煙囪傳感器故障632、滑移傳感器故障634和催化劑故障636。

在一個(gè)示例中，確定與注入網(wǎng)格子系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)故障。作為示例，當(dāng)空氣霧化偏移值超過霧化閾值時(shí)，檢測(cè)到空氣霧化事件，并且檢測(cè)到用于空氣霧化的控制閥中的故障。在另一個(gè)示例中，當(dāng)鼓風(fēng)機(jī)速度偏移超過鼓風(fēng)機(jī)偏移閾值時(shí)，檢測(cè)到鼓風(fēng)機(jī)速度事件并且檢測(cè)到鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)扇故障。當(dāng)還原劑流量偏移值超過還原劑流量閾值時(shí)，檢測(cè)到還原劑流量事件并且檢測(cè)到流量傳感器故障。當(dāng)還原劑閥偏移超過還原劑閥閾值時(shí)，檢測(cè)到還原劑需求事件并且檢測(cè)到流量控制閥故障。

在另一個(gè)示例中，確定與scr入口子系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的故障。具體來說，當(dāng)入口排放偏移超過入口排放閾值時(shí)，檢測(cè)到入口排放事件并且檢測(cè)到scr入口傳感器故障。此外，在一個(gè)示例中，確定與scr催化劑子系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的故障的一個(gè)或多個(gè)。具體來說，當(dāng)滑移偏移超過滑移閾值時(shí)，檢測(cè)到滑移事件并且檢測(cè)到滑移傳感器故障。當(dāng)出口排放偏移超過出口排放閾值時(shí)，檢測(cè)到出口排放事件并且檢測(cè)到排放傳感器故障。如果同時(shí)檢測(cè)到滑移事件和出口排放事件，則檢測(cè)到催化劑故障。

在一個(gè)實(shí)施例中，諸如霧化閾值、鼓風(fēng)機(jī)偏移閾值、還原劑流量閾值、還原劑閥閾值、入口排放閾值、滑移閾值和出口排放閾值的多個(gè)閾值先驗(yàn)地確定并且存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器位置中。在另一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)閾值可由系統(tǒng)的操作員提供。在一個(gè)實(shí)施例中，偏移值的變化率也用在確定多個(gè)故障中。在另一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)閾值中的一個(gè)超過對(duì)應(yīng)偏移值所持續(xù)的時(shí)長(zhǎng)用于確定故障條件。在一個(gè)實(shí)施例中，催化劑故障使用滑移閾值和出口排放閾值的附加值來檢測(cè)。

圖7是圖示排放控制系統(tǒng)中的故障診斷的方法的步驟的流程圖700。該方法包含在步驟702中從設(shè)置在scr單元的入口中的多個(gè)傳感器來接收多個(gè)操作參數(shù)。多個(gè)傳感器中的傳感器包含但不限于還原劑流量傳感器、scr入口傳感器、排放傳感器、滑移傳感器或者其組合。多個(gè)操作參數(shù)包含諸如還原劑流率的多個(gè)入口參數(shù)、諸如來自排氣裝置的排放的多個(gè)出口參數(shù)以及諸如壓力、溫度、氧、來自流量控制閥的流量讀數(shù)、fcv、fe、p、t、fexh、o2、co、從cems所得到的no、no2和nh3的測(cè)量的其他參數(shù)。在步驟704處，該方法還包含基于多個(gè)操作參數(shù)來估計(jì)表示scr反應(yīng)器的自適應(yīng)反應(yīng)器模型。自適應(yīng)反應(yīng)器模型基于表示scr單元內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)的數(shù)學(xué)方程集合。狀態(tài)估計(jì)技術(shù)例如擴(kuò)展卡爾曼濾波器(ekf)用來實(shí)時(shí)地更新自適應(yīng)反應(yīng)器模型。在步驟706處，多個(gè)估計(jì)操作參數(shù)基于自適應(yīng)反應(yīng)器模型來確定。此外，多個(gè)偏移值基于多個(gè)估計(jì)操作參數(shù)來確定。在步驟708處，排放控制系統(tǒng)的故障基于偏移值和自適應(yīng)反應(yīng)器模型來確定。

作為示例，將還原劑滑移偏移參數(shù)與還原劑滑移閾值進(jìn)行比較，以檢測(cè)故障的癥狀。當(dāng)檢測(cè)到故障的癥狀時(shí)，與scr反應(yīng)器的多個(gè)子系統(tǒng)相關(guān)的多個(gè)偏移值被確定并且與相應(yīng)偏移閾值進(jìn)行比較。如果空氣霧化偏移值超過霧化閾值，則檢測(cè)到空氣霧化事件，并且檢測(cè)到用于空氣霧化的控制閥中的故障。

要理解，按照任何特定實(shí)施例不一定可實(shí)現(xiàn)上面所述的所有這類目的或優(yōu)點(diǎn)。因此，例如，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)知道，本文所述的系統(tǒng)和技術(shù)可通過如下方式來體現(xiàn)或執(zhí)行：實(shí)現(xiàn)或改進(jìn)如本文教導(dǎo)的一個(gè)或一組優(yōu)點(diǎn)，而不一定實(shí)現(xiàn)如本文可能教導(dǎo)或提出的其他目的或優(yōu)點(diǎn)。

雖然僅結(jié)合有限數(shù)量的實(shí)施例詳細(xì)描述了本技術(shù)，但是應(yīng)當(dāng)易于理解，本說明書并不局限于這類所公開實(shí)施例。本技術(shù)而是能夠修改為結(jié)合至今沒有描述的任何數(shù)量的變化、變更、替換或等效布置，但是它們與權(quán)利要求書的精神和范圍一致。另外，雖然描述了本技術(shù)的各個(gè)實(shí)施例，但是要理解，本說明書的方面可以僅包含所述實(shí)施例的一些。相應(yīng)地，本說明書不能被看作由前面描述限制，而是僅通過所附權(quán)利要求書的范圍來限制。