基于數(shù)據(jù)挖掘的間歇性煤造氣生產(chǎn)分析及異常診斷研究.pdf

1、隨著化工科技水平的不斷進(jìn)步，化工工業(yè)近年來取得了飛速發(fā)展，在國民經(jīng)濟(jì)中所占的比重越來越大。作為化工領(lǐng)域非再生能源消耗的主力軍，合成氨工業(yè)的生產(chǎn)過程自動(dòng)控制一直是化工領(lǐng)域研究的重點(diǎn)，而在合成氨工業(yè)中，煤造氣工段是整個(gè)工序中能耗最高的工段。進(jìn)行造氣工段工藝與自動(dòng)控制研究，將會(huì)提高煤造氣工段的生產(chǎn)效率，降低能源浪費(fèi)，對(duì)合成氨工業(yè)的發(fā)展起到重要的推動(dòng)作用。
　　間歇性煤造氣工段的過程控制研究難度主要在于：造氣工藝比較復(fù)雜，與生產(chǎn)狀況密切關(guān)

2、聯(lián)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)關(guān)系不斷發(fā)生變化，適合于化工實(shí)時(shí)生產(chǎn)的控制傳遞函數(shù)和控制模型難以建立。目前這一領(lǐng)域的研究一直較為薄弱，工藝技術(shù)人員一般都根據(jù)自身生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)對(duì)造氣生產(chǎn)過程進(jìn)行操作控制，甚至一些中小型規(guī)模的化工企業(yè)基本采用手動(dòng)遠(yuǎn)程人工控制，這導(dǎo)致化工操作人員難以對(duì)造氣階段的異常情況作出及時(shí)準(zhǔn)確處理，造成合成氨工業(yè)原材料浪費(fèi)、產(chǎn)能低下、環(huán)境污染嚴(yán)重等重要問題。因此，如果能夠?qū)υ鞖夤ざ蔚臍v史生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究，并以此對(duì)實(shí)際自動(dòng)化生產(chǎn)進(jìn)行指導(dǎo)，

3、間歇性煤造氣自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制精度與控制智能化將大大提高，從而提高化工生產(chǎn)效率，降低能源浪費(fèi)，為合成氨化工企業(yè)帶來更高的利潤(rùn)。
　　本文即是在現(xiàn)行中小型合成氨化工企業(yè)面臨此種困境的前提下，以順昌富寶實(shí)業(yè)有限公司合成氨生產(chǎn)線的間歇性煤造氣工段的自動(dòng)控制整改項(xiàng)目為研究對(duì)象，以企業(yè)間歇性煤造氣爐的歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)人工遠(yuǎn)程控制下采集的間歇性煤造氣爐的歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行生產(chǎn)分析及異常診斷與識(shí)別研究，為企業(yè)基于原始工藝流水線下的自動(dòng)控制整

4、改提供指導(dǎo)意見。
　　綜上所述，本文的主要研究?jī)?nèi)容如下：（1）對(duì)采集的歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行缺失處理、異常處理和去噪處理。（2）在數(shù)據(jù)預(yù)處理的基礎(chǔ)上，采用模糊 C均值聚類法對(duì)造氣爐單爐生產(chǎn)配方監(jiān)控指標(biāo)值進(jìn)行聚類分析，得出造氣爐的最佳生產(chǎn)配方監(jiān)控指標(biāo)值及最佳生產(chǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)，為PID自動(dòng)控制及后續(xù)異常監(jiān)測(cè)診斷研究提供數(shù)據(jù)參考。（3）采用因子分析法對(duì)造氣爐單爐生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)測(cè)指標(biāo)進(jìn)行分析，得出生產(chǎn)環(huán)境抽象監(jiān)測(cè)因子。（4）采用基于PCA與KPCA的方

5、法對(duì)間歇性煤造氣爐進(jìn)行生產(chǎn)異常診斷與識(shí)別研究，并得出適用于間歇性煤造氣爐的生產(chǎn)異常自動(dòng)診斷與識(shí)別方案。（5）構(gòu)建多元回歸模型尋找對(duì)間歇性煤造氣爐產(chǎn)氣量產(chǎn)生關(guān)鍵監(jiān)控作用的監(jiān)控指標(biāo)，并基于實(shí)際造氣爐設(shè)計(jì)，提出改進(jìn)其指標(biāo)采集位置的方案。
　　研究結(jié)果顯示：（1）采用閾值分別為1.4556、1.823、2.768的三層小波給定軟閾值去噪法能夠去除歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)中包含的大量干擾白噪聲，同時(shí)能夠很好的保留原始數(shù)據(jù)的尖峰點(diǎn)和特征點(diǎn)。（2）間歇性煤

6、造氣爐的最佳生產(chǎn)配方監(jiān)控指標(biāo)數(shù)據(jù)為爐頂溫度289個(gè)單位、爐底溫度218個(gè)單位、吹風(fēng)循環(huán)時(shí)間118個(gè)單位、空程高度1.4863個(gè)單位、夾套液位18個(gè)單位、爐篦轉(zhuǎn)速218個(gè)單位，在控制整改方案中可將其作為最佳生產(chǎn)配方監(jiān)控指標(biāo)值，為 PID自動(dòng)調(diào)控提供參考。同時(shí)，這一生產(chǎn)配方監(jiān)控指標(biāo)值所屬類數(shù)據(jù)即為造氣爐的最佳生產(chǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)，可將其作為后續(xù)異常監(jiān)測(cè)診斷模型的對(duì)比及學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)。（3）在因子分析得出的抽象因子中，因子 Y1可用來衡量造氣過程中各生產(chǎn)階

7、段產(chǎn)物是否符合工藝生產(chǎn)要求，因子Y2可用來衡量造氣爐的生產(chǎn)環(huán)境溫度是否符合造氣生產(chǎn)要求，因子Y3可用來衡量造氣爐造氣結(jié)果是否達(dá)到下一工段操作要求，因子Y4可用來衡量造氣爐生產(chǎn)系統(tǒng)中各閥門的反應(yīng)靈敏度，因子Y5可用來衡量半水煤氣產(chǎn)量和后續(xù)工段半水煤氣使用平衡情況。操作人員可通過監(jiān)測(cè)以上5個(gè)抽象因子是否處于正常水平對(duì)間隙性煤造氣的生產(chǎn)環(huán)境狀況進(jìn)行大范圍監(jiān)測(cè)和整體判斷。（4）間歇性煤造氣爐為線性生產(chǎn)系統(tǒng)，可用PCA異常監(jiān)測(cè)診斷法對(duì)其生產(chǎn)過程進(jìn)