復雜化工過程的調控流圖建模方法及故障診斷技術研究.pdf

1、化工過程中涉及多個變量、多種單元操作設備和傳熱、傳質及化學反應等多種過程。變量之間關系復雜、過程機理復雜以及過程的多尺度都會為故障診斷帶來一定的難度。為了適應化工生產過程信號的高噪聲、維數(shù)高、強相關、非線性的特點，在復雜化工過程故障診斷方法的研究中，將復雜系統(tǒng)建模技術融入其中以及將定性模型與定量模型有機地結合都是必然的發(fā)展趨勢。
　　 針對復雜化工過程故障監(jiān)測與故障診斷問題，本文以實體語法系統(tǒng)為理論框架，建立了調控流圖(RFG)

2、、定性調控流圖、調控流圖定性仿真系統(tǒng)的形式化定義。
　　 針對復雜化工過程建模前所具備的數(shù)據(jù)基礎，建立了調控流圖的三種建模方法，分別為基于工藝流程圖的建模、基于數(shù)學模型的建模和基于連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)的建模?；诠に嚵鞒虉D的建模方法可用以直接建立化工過程的定性調控流圖模型，基于已有數(shù)學模型的建模方法可用以建立化工過程的定量調控流圖模型，基于連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)的建模方法可以結合粒子群等參數(shù)估計算法用以建立表達化工過程外在特征的定量調控流圖模型。

3、
　　 為了使定性、定量模型之間可以相互轉換，本文推導了調控流圖通用動力學方程，結合S—系統(tǒng)動力學方程，建立了兩類模型互相轉換的兩套方法，為定性、定量相結合的復雜化工過程建模提供了基礎。以CSTR系統(tǒng)為例，探討了三種建模方法的具體應用。
　　 針對定性調控流圖的分析問題，本文建立了調控流圖的定性仿真、故障監(jiān)測和故障診斷技術。并以CSTR過程、TE過程和原油蒸餾過程為例，研究了三種技術的可行性。
　　 定性仿真技術

4、以調控流圖定性仿真系統(tǒng)為基礎，利用Datalog語言實現(xiàn)基于調控流圖模型的自動推理。這一技術通過對變量取值空間的界定，有效解決了環(huán)的問題、多途徑調節(jié)問題以及多重仿真問題，為基于調控流圖的仿真奠定了基礎。
　　 故障監(jiān)測技術在定量調控流圖模型的基礎上，通過仿真數(shù)據(jù)與實際監(jiān)測數(shù)據(jù)的差異進行故障監(jiān)測。復雜化工過程傳統(tǒng)數(shù)學模型由于模型復雜、計算量大，限制了這一思路的應用。本文基于連續(xù)監(jiān)測數(shù)學的調控流圖作為一類唯象模型，具有結構簡單、計算

5、速度快的特點，有效克服了這一瓶頸問題。
　　 故障診斷技術以定性調控流圖為基礎，通過調控流圖的定性仿真獲得每個故障的傳播途徑及對每個觀測變量的影響，利用數(shù)據(jù)挖掘技術建立從監(jiān)測變量推斷故障的故障診斷模型。復雜化工過程的定性模型由于變量多、關系復雜，在反向推理過程中容易出現(xiàn)不確定性的結果，且計算量大，容易出現(xiàn)組合爆炸的問題，難以用到生產過程的實時故障診斷中。本文基于定性調控流圖的故障診斷通過數(shù)據(jù)挖掘離線建立故障診斷模型，在生產過程中

6、直接應用結構簡單的故障診斷模型，具有速度快、判斷直接的特點，在一定程度上解決了這一問題。
　　 在研究過程中，本文探討了調控流圖與系統(tǒng)動力學、SDG建模方法等相關理論與技術方法的關系，并探討了化工過程故障診斷與復雜系統(tǒng)涌現(xiàn)性的關系。調控流圖作為一種新的復雜化工過程建模方法，繼承了實體語法系統(tǒng)的形式化特點，融合了多種方法的優(yōu)點，并有效地集成了定性仿真技術、數(shù)據(jù)挖掘技術、參數(shù)估計方法，能夠實現(xiàn)定性定量模型的相互轉化，為復雜化工過程的