[發(fā)明專利]雙層數(shù)據(jù)模型驅(qū)動的廠級化工過程監(jiān)測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210387023.3
• 申請日: 2012-10-11
• 公開（公告）號: CN102880151A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 葛志強(qiáng);宋執(zhí)環(huán)
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 周烽

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于化工工業(yè)生產(chǎn)過程的安全監(jiān)測和質(zhì)量控制領(lǐng)域，特別涉及一種雙層數(shù)據(jù)模型驅(qū)動的廠級化工過程監(jiān)測方法。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代化工過程生產(chǎn)規(guī)模的日益擴(kuò)大，一種新型的廠級過程越來越引起人們的關(guān)注。針對廠級過程的建模、監(jiān)測和控制也隨之得到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。一個典型的廠級過程通常包含多個操作單元、多個流程裝置，甚至囊括多個操作車間。如此復(fù)雜的大型化工過程，采用傳統(tǒng)的基于機(jī)理模型的監(jiān)測方法將會非常困難。相比之下，由于過程中積累了大量的數(shù)據(jù)，基于數(shù)據(jù)的建模和監(jiān)測方法更加適合與復(fù)雜大型的廠級過程。目前常用的廠級過程監(jiān)測方法大多都是建立在數(shù)據(jù)驅(qū)動模型的基礎(chǔ)上，在這一大類方法中，通常先將整個廠級過程按照操作單元和功能劃分為多個子模塊，然后分別針對不同的子模塊建立基于數(shù)據(jù)的監(jiān)測模型對過程進(jìn)行分塊監(jiān)測。但是，該類方法往往忽略了子模塊之間的相互關(guān)系，而這種關(guān)系有可能影響到整個廠級過程的監(jiān)測性能。因此，如果能在子模塊數(shù)據(jù)建模的基礎(chǔ)上，再對它們之間的相互關(guān)系建立一個模型，將會大大提高數(shù)據(jù)模型對廠級過程信息的捕捉能力。同時，基于一個雙層數(shù)據(jù)模型的監(jiān)測系統(tǒng)，將會對廠級過程的全局和局部操作狀態(tài)同時作出實時監(jiān)測，非常有利于廠級過程的自動化實施。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有廠級過程監(jiān)測方法的不足，提供一種雙層數(shù)據(jù)模型驅(qū)動的廠級化工過程監(jiān)測方法。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：一種雙層數(shù)據(jù)模型驅(qū)動的廠級化工過程監(jiān)測方法，包括以下步驟：

（1）利用集散控制系統(tǒng)收集廠級化工過程的數(shù)據(jù)組成建模用的訓(xùn)練數(shù)據(jù)樣本集：X∈R^n×m。其中，n為樣本數(shù)據(jù)集的個數(shù)，m為樣本數(shù)據(jù)集的變量個數(shù)。

（2）將整個廠級過程數(shù)據(jù)集X∈R^n×m分為不同的子模塊其中b=1,2,…,B為子模塊的序號，B為總的子模塊個數(shù)。將這些子模塊數(shù)據(jù)集存入數(shù)據(jù)庫備用。

（3）針對每一個子模塊對應(yīng)的數(shù)據(jù)集，對其進(jìn)行歸一化處理，建立基于主元分析的數(shù)據(jù)統(tǒng)計監(jiān)測模型，提取主元信息，建立子模塊的監(jiān)測統(tǒng)計量及其監(jiān)測限。

（4）得到各個子模塊的主元信息之后，對其重新進(jìn)行排列，組合成新的數(shù)據(jù)集用于構(gòu)建第二層數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析模型。

（5）針對混合主元信息的新數(shù)據(jù)矩陣，采用單類支持向量機(jī)對其進(jìn)行建模，建立各個子模塊之間的關(guān)系模型，完成廠級過程的整體建模和監(jiān)測。

（6）收集新的過程數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行預(yù)處理和歸一化。

（7）將新的過程數(shù)據(jù)劃分為多個子模塊，輸入到子模塊主元模型中，計算相應(yīng)的主元成分。

（8）重新組合不同子模塊的主元信息，將新的數(shù)據(jù)矩陣輸入到單類支持向量機(jī)模型中，計算相應(yīng)的監(jiān)測統(tǒng)計量值，判斷當(dāng)前過程的運(yùn)行狀態(tài)。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過對廠級過程構(gòu)建雙層數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析模型，克服了傳統(tǒng)分塊建模方法的缺陷，建立了廠級過程中各個子模塊之間的關(guān)系模型，并引入單類支持向量機(jī)構(gòu)建一個新的距離統(tǒng)計量用于過程監(jiān)測。相比目前的其它廠級過程監(jiān)測方法，本發(fā)明不僅可以在各個子模塊內(nèi)對過程的各個單元進(jìn)行監(jiān)測，而且可以有效地結(jié)合廠級過程各個子模塊之間的關(guān)系信息，利用第二層數(shù)據(jù)模型對整個廠級過程的全局進(jìn)行監(jiān)測，大大提高了廠級化工過程的監(jiān)測性能，非常有利于廠級過程工業(yè)自動化的擴(kuò)展和實施。

附圖說明

圖1是廠級化工過程的流程圖；

圖2是本發(fā)明方法中對廠級過程中正常數(shù)據(jù)集的監(jiān)測結(jié)果；

圖3是本發(fā)明方法中對廠級過程中異常數(shù)據(jù)集的監(jiān)測結(jié)果；

圖4是傳統(tǒng)主元分析模型中對廠級過程中異常數(shù)據(jù)集的監(jiān)測結(jié)果。

具體實施方式

本發(fā)明針對廠級化工過程的監(jiān)測問題，首先利用集散控制系統(tǒng)收集該過程的數(shù)據(jù)，對其進(jìn)行必要的預(yù)處理和歸一化，然后將整個過程數(shù)據(jù)集分為不同的子模塊。針對每一個子模塊對應(yīng)的數(shù)據(jù)集，分別建立一個的主元分析模型，并建立監(jiān)測統(tǒng)計量的控制限。得到各個子模塊數(shù)據(jù)集對應(yīng)的主元信息之后，將其重新組合成新的數(shù)據(jù)集，然后采用單類支持向量機(jī)對其進(jìn)行建模。對新的過程數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測的時候，同樣將該數(shù)據(jù)分為不同的子模塊，利用每一個子模塊建模數(shù)據(jù)的均值和標(biāo)準(zhǔn)差對其進(jìn)行歸一化處理，得到標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)之后，再利用各個子模塊的主元分析模型計算新數(shù)據(jù)在不同子模塊中的主元信息。將子模塊中得到的所有主元信息重新組合，輸入到第二層的單類支持向量機(jī)模型中，計算距離監(jiān)測統(tǒng)計量的值，實現(xiàn)對廠級過程的全局監(jiān)測。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案的主要步驟分別如下：