[发明专利]流程工业过程的一种多层模式监控方法

说明书

本发明公开了流程工业过程的一种多层模式监控方法，属于工业生产加工领域。本发明通过从模式的角度将工业过程划分为多个层级，针对各个层级选取不同的关键性能指标，采集与关键性能指标相关的运行数据，标识出各个层级的模式，基于数据驱动方法提出各个层级的模式监控方法，实现了流程工业过程中模式监控。本发明在流程工业过程中能够快速发现故障、排除故障，同时对于降低过程的能源消耗，优化运行成本以及提高产品的竞争力有重要的作用。

技术领域

本发明涉及流程工业过程的一种多层模式监控方法，属于工业生产加工领域。

背景技术

过程安全、产品质量以及节能减排增效是现代流程工业的核心目标，因此对过程的运行状态进行实时监控具有重大的现实意义和价值。随着现代流程工业过程装置规模的扩张，工艺复杂度的上升，过程运行的安全性及市场对产品个性化的要求等，使得对复杂流程工业的过程运行进行状态监控更加迫切。常规基于过程测量变量(如温度，压力，液位，流量，成分等)的参数控制方法是将一个或多个过程参数以单因素方式分别控制在一定范围内，从而达到期望的产品品质或者生产装置的运行指标。但是工业实践中，即便将所有的过程参数都控制在各自的期望范围内，产品最终品质的一致性有时不能保证，甚至还不一定满足生产要求。

究其原因，实际生产过程的参数变量具有多因素特性，使得过程参数变量在整体上呈现着模式行为。所谓模式，本质上是多变量复杂系统数据结构特征的相似性或差异性的表现。数学上可以表示为，观测空间的数据向量以最小维数和最大特征区分度投影到较低维数的空间，这些较低的正交维度被称为主元。正是过程参数变量在主元特征空间呈现出的“模式”，决定了装置运行的效率和产品的品质。因此，模式能够更清楚地呈现出传统过程变量模型方法难以刻画的系统本质特征状态，如正常状态、非正常状态、事故早期状态、不可逆转事故状态、高产率状态、低产率状态等等。

同时随着计算机存储技术的飞速发展，海量过程数据得以收集和存储。但由于缺少充足的过程经验和应用工具，工业过程往往数据丰富但知识缺乏。现有的数据监控仅仅限于监控过程参数，并不能从宏观上、多层次的展现流程工业中的生产过程，使得在发现问题、预估损失、采取补救措施的时间较长，不能及时止损而造成更为严重的经济和能源的损失。因此，提供流程工业过程的一种多层模式监控方法对于丰富和发展过程控制理论具有重要意义，同时对于降低过程的能源消耗，优化运行成本以及提高产品的竞争力等均有重要的理论价值和现实意义，在流程工业中定有广泛的应用前景。

发明内容

本发明公开了流程工业过程的一种多层模式监控方法，所述方法是从模式的角度将工业过程划分为多个层级，针对各个层级选取不同的关键性能指标，采集与关键性能指标相关的运行数据，标识出各个层级的模式，基于数据驱动方法提出各个层级的模式监控方法。

在本发明的一种实施方式中，所述层级包括设备层、操作单元层、装置层和工厂层。

在本发明的一种实施方式中，所述模式包括正常模式、故障模式、高效模式、中等效率模式、低效模式、期望模式中的一种或者多种。

一种基于数据驱动和主元分析的流程工业过程多层模式监控方法，所述方法的具体步骤如下：

步骤一：工业过程划分为设备层、操作单元层、装置层和工厂层；

步骤二：针对设备层、操作单元层、装置层、工厂层，分别定义或选取不同的关键性能指标，采集与关键性能指标相关的运行数据，进行主元分析并在主元模式图中剔除奇异点，使得所有数据点在一个可信度之内；

步骤三：针对设备层、操作单元层、装置层、工厂层，分别在主元平面中，标识出各层的模式；

步骤四：针对设备层、操作单元层、装置层、工厂层，在各层的历史模式主元平面中，分别利用实时数据标识出随着时间变化的一定时间段的模式轨迹；

步骤五：结合具体工艺计算经济指标数值，并以曲线图的方式实时显示；