[發明專利]一種基于正則化鄰域保持嵌入算法的頂吹爐異常狀態監控方法

在審

• 申請號: 202210560894.4
• 申請日: 2022-05-23
• 公開（公告）號: CN115167193A
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 惠永永;劉凱;趙小強;陳偉;蔣棟年;李亞潔
• 申請（專利權）人: 蘭州理工大學
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 蘭州智和專利代理事務所(普通合伙) 62201
• 代理人: 趙立權

本發明提供了一種基于正則化鄰域保持嵌入算法的頂吹爐異常狀態監控方法，主要包括如下步驟：(1)采集頂吹爐正常工作狀態下多個時段的關鍵變量參數信息，構成三維訓練數據集X(I×J×K)；(2)將三維數據集X(I×J×K)展開為二維數據集X(I×KJ)并標準化，再重新排列成X(KI×J)；(3)通過交叉熵優化的慢特征分析方法正則化鄰域保持嵌入算法，建立ORNPE算法模型；(4)計算基于ORNPE算法模型的SPE和T²統計量，并確定對應的統計控制限；(5)采集頂吹爐實時工作狀態下的數據并進行預處理，根據步驟(4)方法計算實時采集數據集基于ORNPE算法模型的SPE和T²統計量，若其中一項或兩項超出統計控制限則說明頂吹爐工作狀態異常，并進行異常狀態報警。

技術領域

本發明屬于工業過程監控技術領域，涉及一種基于正則化鄰域保持嵌入算法的頂吹爐異常狀態監控方法。

背景技術

頂吹熔煉技術是一種較為先進的有色冶金技術，廣泛用于熔煉銅、錫、鉛、鎳等金屬。頂吹熔煉在我國多家有色冶金企業得到了應用，如中條山有色金屬公司侯馬冶煉廠、銅陵有色金屬集團股份有限公司、金川集團鎳冶煉廠等。作為頂吹熔煉的裝置主體，頂吹爐的爐體可分為爐底、爐墻和爐頂三部分。爐底為圓形結構，耐火材料砌筑后呈“鍋底”形狀。爐墻分為下部、中部和上部三部分，下部爐墻是圓柱型筒體，在下部爐墻上有渣堰、清理口和緊急排放口三個口；中部和上部爐墻包含圓柱型筒體和擴張段兩部分。爐頂有噴槍口、加料口和檢尺口共三個口。

以金川集團鎳冶煉為例，頂吹爐氧氣輸送系統與現有的閃速爐用氧系統全部貫通，利用大系統用氧平衡穩定的特點，提高富氧頂吹鎳熔煉系統氧氣的利用率，減少供氧系統波動的影響，實現良好的節能效益，將氧氣總量經過富氧頂吹鎳熔煉系統向鎳閃速爐熔煉系統協調輸送。根據各個生產系統在不同時期的用氧量，依據生產狀態，及時調整三大系統的用氧供應方式，通過合理的氧氣分配，將放空的低壓氧氣進行回收。

為了保證頂吹爐工作過程的生產安全和產品質量，須建立有效的異常工作狀態的監控方法。如工作狀態出現異常則進行及時報警。隨著信息化的發展，可獲取大量的過程數據，因此，基于數據驅動的過程監控方法已成為確保生產安全和提高產品質量的重要手段。保證頂吹爐始終工作在正常狀態下，對實際冶煉工業鏈具有十分重要的意義。

基于多元統計方法對過程狀況的監控在數據驅動方法中備受關注。其中鄰域保持嵌入算法即NPE算法能夠在降維的同時挖掘數據的局部結構，但由于NPE算法忽略了全局結構，為了能夠在保持局部結構的同時考慮全局結構。利用慢特征分析算法即SFA算法可在保持全局結構的同時提取動態特性，更好的提高監測效果。

發明內容

本發明的目的在于針對有色冶金工業生產過程中頂吹爐異常狀態監控的問題，提供一種基于正則化鄰域保持嵌入算法的頂吹爐異常狀態監控方法，該方法通過提取全局和局部結構信息，充分提取過程變量數據的本質流形特征，能夠對原始數據集進行更好的學習和特征提取，可顯著提高頂吹爐異常工作狀態檢測的效果，能在狀態異常時及時報警，有利于對產品質量和生產安全進行嚴格把控。

為此，本發明采用如下技術方案：

一種基于正則化鄰域保持嵌入算法的頂吹爐異常狀態監控方法，包括如下步驟：

(1)采集頂吹爐正常工作狀態下多個時段的關鍵變量參數信息，構成三維訓練數據集X(I×J×K)，其中I表示選取的時段，J表示變量，K表示測量時刻；

(2)首先沿著時段I方向將三維數據集X(I×J×K)展開為二維數據集X(I×KJ)，然后將展開的數據進行標準化，再將標準化后的數據沿著變量J的方向重新排列成X(KI×J)；

(3)通過交叉熵優化的慢特征分析方法正則化鄰域保持嵌入算法，建立正則化鄰域保持嵌入算法模型即ORNPE算法模型；