一种纺丝空调DDC控制器失效状态保持与故障恢复控制方法及系统与流程

本发明涉及纺丝空调自动控制，尤其涉及一种纺丝空调ddc控制器失效状态保持与故障恢复控制方法及系统，适用于纺丝车间恒温恒湿空调机组、组合式空调机组、喷淋空调系统及其风阀、冷水阀、喷淋泵、送回排风机变频器等执行机构的故障保持、边缘接管和恢复回迁控制。

背景技术：

1、纺丝生产过程对车间空气状态具有较高的连续性要求，尤其是风压、温度和湿度的波动会直接影响纺丝牵伸、冷却、上油、卷绕以及后续成形稳定性。纺丝空调系统通常通过新风阀、回风阀、排风阀、冷水阀、喷淋泵、送风机变频器、回风机变频器和排风机变频器等执行机构，对送风量、回风量、排风量、冷却量和喷淋加湿量进行综合调节。现有纺丝空调控制系统多采用ddc控制器、plc控制器或中央控制器作为核心控制单元，根据温度、湿度、风压、流量等检测信号输出相应的阀门开度、水泵启停和变频器频率，以维持纺丝车间空气参数稳定。

2、例如，中国专利cn106765684a公开了一种纺丝空调系统及其调控方法，其系统包括排风调节窗、新风调节窗、回风调节窗、冷凝泵、降温调节阀、加热调节阀、喷淋水泵、变频器、温湿度及流量检测件、中央控制器单元和监控单元。该方案通过中央控制器单元进行焓值计算和比较，并根据室外、室内焓值关系对排风调节窗、新风调节窗、回风调节窗以及冷冻水或蒸汽加热进行调节，从而降低冷冻水、蒸汽及电能消耗。该类技术能够解决纺丝空调在正常控制状态下的节能运行和温湿度调节问题，但其关注点主要在于正常工况下的空调调控策略，并未针对ddc控制器黑屏、死机、通信中断、输出刷新停止或输出复位时，如何保持风阀、水阀、喷淋泵和变频器输出状态进行专门设计。

3、在工业自动化领域，也存在针对控制器故障或网络故障的冗余控制技术。例如，中国专利cn106664260a公开了用于利用以太网/ipi/o的控制器冗余和控制器网络冗余的系统和方法，其通过主控制器、次级控制器以及主、次控制器网络，在发生网络故障时快速切换通信，以避免i/o模块和受控设备出现连接丢失或i/o脱落。该类方案能够提高一般工业控制系统在控制器或通信网络异常时的可用性，但其主要思想是通过冗余控制器或冗余网络恢复通信和控制关系，并不直接解决纺丝空调现场中因ddc输出突变、复位输出或恢复接管导致风阀开度、冷水阀开度、喷淋泵状态和变频器频率同时变化的问题。

4、在实际纺丝空调运行中，ddc控制器发生黑屏、死机、重启、通信中断或程序异常时，执行机构可能出现多种不利状态：一是风阀或冷水阀因控制信号丢失而回到零位、默认开度或满量程位置；二是送风机、回风机、排风机或喷淋泵变频器因频率给定中断而降频、停机或复位至默认频率；三是喷淋泵启停状态发生非计划切换；四是在ddc恢复后，恢复输出与故障期间人工处置状态或现场保持状态存在较大偏差，若直接恢复自动控制，容易导致多个执行机构同步阶跃变化。上述情况会引起送风压力、车间压差、送风温度和相对湿度的突变，进而影响纺丝连续生产的稳定性。

5、现有技术中虽然存在最后运行状态保存、控制器冗余切换、输出保持或故障报警等方案，但这些方案通常未结合纺丝空调的工艺特点对保持何种状态、何时允许更新保持状态、ddc异常输出是否应被屏蔽、恢复后是否允许直接接管进行系统限定。特别是在ddc失效前的短时间内，控制器可能已经输出零值、满量程值、默认阀位值、默认频率值或其他异常阶跃值，如果简单保存最后一次输出，反而可能将异常状态作为保持状态，导致风压、温度和湿度快速偏离工艺允许范围。此外，现场人员在ddc失效期间可能切换至手动给定或检修锁定状态，若ddc恢复后直接覆盖现场手动状态，也可能引发新的扰动或安全风险。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种纺丝空调ddc控制器失效状态保持与故障恢复控制方法及系统，以解决ddc控制器黑屏、死机、通信中断、输出复位或恢复接管过程中风阀、冷水阀、喷淋泵及变频器频率发生突变，进而导致纺丝车间风压、温度和湿度波动、影响纺丝连续生产稳定性的问题。

2、为了实现本发明的目的，本发明采用了以下的技术方案：

3、一种纺丝空调ddc控制器失效状态保持与故障恢复控制方法，应用于包括ddc控制器、边缘保持单元、风阀执行器、冷水阀执行器、喷淋泵和变频器的纺丝空调系统，包括以下步骤：s1，采集风阀开度、冷水阀开度、喷淋泵状态、各变频器频率、手自动状态、执行机构反馈值以及风压、温度和湿度反馈值，形成当前状态帧；s2，设置候选镜像帧和确认稳定帧，仅在连续采集周期内执行量变化、执行机构反馈偏差以及风压、温度、湿度反馈值均处于允许范围，且未出现输出复位特征时，将候选镜像帧更新为确认稳定帧；s3，监测ddc控制器的心跳、通信链路、输出刷新状态和输出复位特征，在判定ddc控制器失效时启动输出仲裁；s4，边缘保持单元按照现场手动端、安全修正输出、确认稳定帧保持输出、ddc输出的优先级确定实际输出源，并在ddc控制器失效期间屏蔽ddc异常输出；s5，ddc控制器恢复后先进入影子比对状态，ddc恢复输出仅参与比对而不直接作用于执行机构；s6，当ddc恢复输出与确认稳定帧保持输出或安全修正输出满足偏差限幅条件时，按手动状态优先、输出变化限速、分段接管和异常回退规则将控制权回迁至ddc控制器。

4、作为进一步改进，在步骤s1中，所述风阀开度包括新风阀开度、回风阀开度和排风阀开度；所述各变频器频率包括送风机变频器频率、回风机变频器频率、排风机变频器频率和喷淋泵变频器频率中的至少两种；所述手自动状态包括ddc自动控制状态、现场手动给定状态和检修锁定状态。

5、作为进一步改进，在步骤s2中，所述候选镜像帧包括设备标识、通道类型、输出给定值、执行机构反馈值、手自动状态、风压反馈值、温度反馈值、湿度反馈值、时间戳和校验码；所述确认稳定帧为通过连续稳定性判定和校验码校验后允许被边缘保持单元调用的状态帧。

6、作为进一步改进，在步骤s2中，未出现输出复位特征是指ddc控制器输出未突变为零值、满量程值、默认阀位值、默认频率值、断电复位值或者与上一确认稳定帧不匹配的阶跃值；当出现上述任一输出复位特征时，边缘保持单元拒绝将该周期数据写入确认稳定帧。

7、作为进一步改进，在步骤s2中，当任一执行机构处于调节过渡过程、任一执行机构反馈值与输出给定值不一致、任一风压、温度或湿度反馈值达到工艺报警限，或者任一通道处于检修锁定状态时，边缘保持单元保持上一确认稳定帧不变。

8、作为进一步改进，在步骤s4中，所述安全修正输出是指在ddc控制器失效期间，边缘保持单元持续采集风压、温度和湿度反馈值，当上述反馈值达到预设安全修正条件时，仅对对应风阀开度、冷水阀开度、喷淋泵状态或变频器频率进行限幅修正，且修正后的输出仍由边缘保持单元保持。

9、作为进一步改进，在步骤s5中，所述影子比对状态是指ddc控制器恢复通信和运算后，其输出值被边缘保持单元采集并与确认稳定帧保持输出或安全修正输出进行比较，但在满足回迁条件前，ddc控制器输出不直接传递至风阀执行器、冷水阀执行器、喷淋泵和变频器。

10、作为进一步改进，在步骤s6中，所述分段接管包括依次对风量调节通道、冷水量调节通道、喷淋调节通道和变频调节通道进行回迁；每一段回迁时，边缘保持单元按预设变化速率释放对应通道的保持输出，并在风压、温度和湿度反馈值保持在允许波动范围后，允许进入下一段回迁；所述异常回退规则是指在任一分段接管过程中，当风压、温度或湿度反馈值越过允许波动范围、ddc输出再次出现复位特征、通信链路再次中断，或者现场手动端被触发时，边缘保持单元中止该段回迁，并将对应通道恢复至回迁前的确认稳定帧保持输出或安全修正输出。

11、本发明的另一方面提供了一种纺丝空调ddc控制器失效状态保持与故障恢复控制系统，包括：ddc控制器，用于在正常工况下输出风阀开度、冷水阀开度、喷淋泵状态和各变频器频率控制指令；状态帧生成模块，用于根据风阀开度、冷水阀开度、喷淋泵状态、各变频器频率、手自动状态、执行机构反馈值以及风压、温度和湿度反馈值生成当前状态帧；双帧镜像缓存模块，用于设置候选镜像帧和确认稳定帧，并在连续稳定性判定通过且未出现输出复位特征时，将候选镜像帧更新为确认稳定帧；失效判定模块，用于根据ddc控制器的心跳、通信链路、输出刷新状态和输出复位特征判断ddc控制器是否失效；输出仲裁模块，用于按照现场手动端、安全修正输出、确认稳定帧保持输出、ddc输出的优先级确定实际输出源，并在ddc控制器失效时屏蔽ddc异常输出；边缘保持单元，用于按照确认稳定帧维持风阀开度、冷水阀开度、喷淋泵状态和各变频器频率；影子比对模块，用于在ddc控制器恢复后采集ddc恢复输出并与确认稳定帧保持输出进行比较；故障恢复回迁模块，用于按照手动状态优先、输出变化限速、分段接管和异常回退规则将控制权回迁至ddc控制器；所述边缘保持单元设置于ddc控制器与风阀执行器、冷水阀执行器、喷淋泵控制回路及变频器之间，所述边缘保持单元包括模拟量保持通道、开关量保持通道和频率给定保持通道；所述模拟量保持通道用于保持风阀开度和冷水阀开度，所述开关量保持通道用于保持喷淋泵启停状态，所述频率给定保持通道用于保持各变频器频率。

12、作为进一步改进，所述故障恢复回迁模块包括手自动状态识别单元、输出偏差限幅单元、变化速率限制单元、分段接管单元和异常回退单元；所述异常回退单元用于在回迁过程中出现风压、温度或湿度越限、ddc输出复位、通信链路再次中断或者现场手动端触发时，将对应通道恢复至回迁前的确认稳定帧保持输出或安全修正输出。

13、本发明通过设置候选镜像帧和确认稳定帧，对风阀开度、冷水阀开度、喷淋泵状态、各变频器频率、手自动状态、执行机构反馈值以及风压、温度、湿度反馈值进行连续稳定性判定，仅在执行量变化、执行机构反馈偏差和环境反馈均处于允许范围且未出现输出复位特征时，才允许更新可用于故障保持的确认稳定帧，从而避免将ddc失效前的零值、满量程值、默认阀位、默认频率或异常阶跃值误作为保持状态；在ddc控制器失效时，边缘保持单元通过输出仲裁屏蔽ddc异常输出，并按照现场手动端、安全修正输出、确认稳定帧保持输出和ddc输出的优先级确定实际输出源，使风阀、冷水阀、喷淋泵和变频器能够维持故障前的稳定工艺状态，减少风压、温度和湿度的阶跃扰动；在ddc控制器恢复后，通过影子比对、手动状态优先、输出变化限速、分段接管和异常回退机制，使ddc恢复输出不会直接覆盖现场手动状态或边缘保持状态，并在回迁异常时恢复至回迁前的稳定保持输出或安全修正输出，从而提高纺丝空调系统在控制器失效及恢复过程中的连续运行能力、故障容错能力和工艺空气参数稳定性。