[发明专利]基于模拟疫苗的动态人工免疫故障诊断方法

说明书

技术领域

本发明涉及工艺流程的生产技术领域，特别涉及一种基于模拟疫苗的动态人工免疫故障诊断方法。

背景技术

随着现代科学技术的发展，如化工过程、炼油过程、生物制药过程等流程工业的复杂程度与日俱增。越来越多的辅助装置，如集散控制系统（DCS）、制造执行系统（MES）等，被广泛运用于监控在线生产操作，保障流程的稳定、安全运行。与此同时，随着生产自动化水平的提高，工厂中操作员的数量较过去大为精简，这使得往往一个操作员需要面对一个甚至多个生产单元或者装置。简单的变量报警不足以为操作员处理突发情况提供最直接的信号，需要操作员凭借大量的经验判断流程的可能状态，这使得经验不丰富的操作员可能会由于判断失误或者操作滞后，而引发更加严重的后果。

目前，通过建立独立的故障诊断系统，及时发现并诊断出故障原因，并将可能发生的故障类别通过界面展示给操作员。不但能保证生产运行的稳定性、预防重大安全事故的发生，还能辅助操作员对故障进行处理、修复，有效降低故障所造成的损失。

一个完善的在线故障诊断系统，首先必须是基于有效快速的故障诊断方法，能够在扰动发生后快速的检测出故障，并准确诊断出可能的故障类别。其次，在线故障诊断系统必须能够具备完整的结构，能够从在线运行的装置上获取数据，在核心的诊断结束后还能够通过友好的界面将诊断结果展示给操作员。最后，故障诊断方法必须具备自适应能力和自学习能力，在线故障诊断系统能够根据操作员的反馈，利用在线数据实现系统的自学习，完善系统的在线故障诊断能力。

人工免疫系统是一种综合智能系统，它将免疫学与工程学有机结合，利用数学、计算机等技术建立免疫机制模型，并将其应用于工程的设计、实施等方面。将人工免疫中对于自我与非我的判断引入到故障诊断领域。动态人工免疫系统是针对工艺流程的动态特性，以工艺流程的动态变量数据为驱动，以历史数据时间序列矩阵为抗体，在线数据时间序列矩阵为抗原，通过计算抗原与抗体的差异度对工艺流程进行在线故障诊断。

然而对于很多新的工艺流程，没有经历长时间的运行，缺少可用的历史样本。在这种情况下，由于历史数据不足，导致动态人工免疫系统不能够有效地对故障进行诊断，因此有必要提出更新的机制产生可用于动态人工免疫故障诊断的抗体。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种基于模拟疫苗的动态人工免疫故障诊断方法，该方法能够克服工艺流程的历史数据不足、有效地对工艺流程的故障进行准确、快速的检测，且能够判断出故障的类型。

为了实现上述目的，本发明的实施例提出了一种基于模拟疫苗的动态人工免疫故障诊断方法，包括以下步骤：根据工艺流程的工艺信息、操作规程和历史数据建立用于模拟工艺流程开车和稳态运行的动态仿真模型；运行所述动态仿真模型以得到多个状态下的模拟运行数据的模拟样本集合，其中，所述模拟样本集合中具有多种类型的模拟样本，所述模拟样本集合包括模拟正常样本集合和模拟故障样本集合，所述模拟正常样本集合包括正常开车阶段和稳态运行过程的模拟数据样本集合，所述模拟故障样本集合中包括开车阶段和稳态运行过程中发生的多种故障对应的故障数据样本集合；从所述模拟正常样本集合提取预定时间内的数据生成正常模拟疫苗，从所述模拟故障样本集合提取预定时间内的数据生成故障模拟疫苗；获取工艺流程运行的历史数据以生成历史样本集合，其中，所述历史样本集合包括历史正常样本集合和历史故障样本集合；根据所述正常样本集合中正常历史样本和对应的所述正常模拟疫苗获得正常模拟疫苗的免疫抗体系数，并根据所述正常模拟疫苗生成正常抗体库；根据所述历史故障样本集合中历史故障样本和对应的所述故障模拟疫苗获得故障模拟疫苗的免疫抗体系数，并根据所述故障模拟疫苗生成故障抗体库。

另外，根据本发明上述实施例的基于模拟疫苗的动态人工免疫故障诊断方法还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一个实施例中，采用DTW算法计算故障开车历史样本与正常开车历史样本的最小差异度矩阵。

在一些实例中，还包括：运行实际的工艺流程以得到在线运行数据的样本；从所述在线运行数据的样本中提取当前时刻前预定范围的数据片段集合。

在一些实例中，还包括：计算当前时刻抗原与正常抗体库内所有抗体的差异度以得到差异度集合；判断所述差异度集合中的每个差异度是否均小于所述正常抗体库；如果是则判断所述工艺流程正常，否则判断所述工艺流程存在故障。

在一些实例中，当判断所述工艺流程存在故障后，进一步判断所述工艺流程的故障类型。