[發明專利]一種基于自適應閾值PLS的高爐鐵水質量監測方法

有效

• 申請號: 201710567922.4
• 申請日: 2017-07-13
• 公開（公告）號: CN107290962B
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發明（設計）人: 周平;梁夢圓;柴天佑
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 胡曉男

本發明提供一種基于自適應閾值PLS的高爐鐵水質量監測方法，包括：采集相同時刻的高爐運行參數和鐵水質量變量；選擇高爐煉鐵正常過程的數據作為訓練集，計算均值和標準差并標準化處理；構建PLS模型；獲取高爐煉鐵過程新的高爐運行參數樣本數據并進行標準化處理；針對測試集，采用Q統計量和Hotelling’s T²統計量來檢驗高爐煉鐵過程是否發生異常，計算測試集樣本的Q統計量和T²統計量值，并計算固定控制限；實時計算當前時刻每個樣本統計量的指數加權移動平均值，進而確定當前時刻的T²統計量自適應閾值和Q統計量自適應閾值，完成測試集的故障檢測。本發明方法明顯降低故障誤報率，同時保證了故障檢測效果的準確性和靈敏性。

技術領域

本發明屬于高爐鐵水質量監測技術領域，具體是一種基于自適應閾值PLS的高爐鐵水質量監測方法。

背景技術

高爐煉鐵是現代煉鐵的主要方法，這種方法生產的鐵占世界鐵總量的95％以上，生產的鋼鐵被廣泛應用于機械制造業、交通運輸業、醫療器材及軍事發展等各行各業上。高爐煉鐵是鋼鐵生產中的重要環節，其生產出的鐵水質量水平的高低直接決定著后續轉爐煉鋼的質量。目前，綜合性的鐵水質量指標通常采用硅含量([Si])、磷含量([P])、硫含量([S])和鐵水溫度(MIT)來衡量。然而，高爐順行(正常工況)是高爐煉鐵過程中各種矛盾因素相對的、暫時的統一。它的基礎是正常而穩定的煤氣流分布、充沛而合適的爐缸溫度。而影響煤氣流分布和爐缸溫度的因素有原燃料條件、送風制度、裝料制度、造渣制度等，它們的任何改變，都會影響高爐內煤氣流分布及爐缸溫度的變化，從而影響爐況波動和破壞順行，如不及時糾正，進一步發展就會導致爐況的嚴重失常，對鐵水質量造成重大影響。爐況發生波動都是有先兆的，并不是立即就有較大的波動和異常，而是一個過程。因此，操作者監測高爐生產過程，對爐況進行連續觀察分析，通過直觀判斷與儀表判斷相結合發現預兆，對爐況波動做出準確判斷，判斷高爐煉鐵過程是否異常，并及時采取措施處理和糾正，對保證高爐鐵水質量尤為重要。

在高爐內，煤氣在自下而上的流動中，把自上而下的爐料加熱、還原和熔煉成生鐵和爐渣，進行著高度復雜的物理和化學過程。高爐煉鐵過程爐況波動頻繁，在鐵水質量監測過程中存在較高誤報率和檢測不準確的情況，給高爐操作人員判斷爐況是否出現異常帶來了影響，導致無法及時并準確地確定高爐煉鐵過程狀況及故障原因。對于高爐煉鐵這樣一個復雜大型工業過程，很難建立準確的過程機理模型乃至質量監測模型。由于信息采集、存儲、傳輸和處理技術的普遍應用和不斷發展，基于數據驅動的質量監測方法得到了廣泛應用，使提高高爐煉鐵過程的鐵水質量監測效果成為可能。

傳統PLS監測技術通常用平方預測誤差(squared prediction error，SPE)(也稱Q統計量)和Hotelling’s T²繪制控制圖，檢測高爐煉鐵過程是否發生異常，檢測指標往往采用的是固定控制限的方法，當統計量值超出控制限時，考慮煉鐵過程異常的發生。控制限是基于經驗分布定義的，因此，控制限的確定是由給定的置信水平決定的。然而，固定控制限是在權衡誤報率與漏報率之間一定程度的關系基礎上得來的，因此，質量監測過程中，故障誤報率和漏報率是不可避免的，統計量超出控制限的情況可能是故障或者誤報的結果。同時，由于這種權衡關系的存在，為了減少誤報率，在基于PLS的Q和T²控制圖的質量監測過程中，只有當幾個連續的統計值超出控制限時才認定為故障產生，然而，這種規則將產生一定的檢測時間延遲，而且極大地降低了故障檢測率。因此，基于固定控制限的方法增加了故障誤報率和(或)故障漏報率，使這種技術對實際工業過程并不適用，在高爐鐵水質量監測過程中，降低了故障檢測的可靠性，對于鐵水質量會產生很大的影響，造成一定的經濟損失甚至事故發生。

發明內容