收藏本站
《浙江大学》 2011年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

工业过程运行安全性能分析与在线评价的研究

叶鲁彬  
【摘要】:在现代工业过程中,为了降低生产成本、减少排放与能耗,保持企业的竞争力,需要使过程安全、可靠、平稳地运行,其中安全问题为至关重要。过程故障是引起工业安全隐患、危险状况的重要原因,过程监控的研究致力于解决故障的检测、分离、诊断、过程恢复等,已经成为自动化领域的一个重要分支。根据过程监控模型的不同,一般可以将监控方法分为基于解析模型、数据驱动和基于知识或定性模型的方法。相比于故障检测和诊断,安全分析与评价更多地是从工艺角度具体细致地描述过程设备、运行状态的安全性。过程故障的自动恢复性控制、实时安全性评价和自动安全控制等将是过程控制今后的一个重要发展方向,而实现这工作的第一步则需要得到过程安全性的实时分析和评价结果。 过程监控与故障诊断、安全性能的分析评价等研究已取得许多理论和应用成果,但同时也存在较多尚未解决的问题。本文从初步讨论控制策略对故障检测的影响出发,接着提出解决一类复杂故障的分离问题的方法,然后探索性地构造了两种安全性指数,从变量安全约束和动态稳定型两方面得到运行状态的安全性的在线评价结果。由于该领域涉及的方面较广,文中不可能巨细无遗地对所有问题进行研究,但也希望借助本文的探讨抛砖引玉,供作深入研究的引子。本文主要工作和创新结果如下: (1)针对工业过程运行中的一些复杂现象进行介绍和讨论。由于工业过程涉及到很多复杂的物质、能量交换和物理化学变化,往往具备规模大、变量多,高度非线性、强耦合性与相关性等特征。控制策略的引入改变了系统输入输出、动态关系;受到各种过程固有特征和外在因素变化的影响,工业过程会呈现出多工况或多模式的运行状态;作为非线性系统,许多工业过程存在分岔现象,影响系统的稳定性与安全性。工业过程复杂的运行状态给故障检测和诊断、安全分析和评价的研究带来了较大的困难和挑战。然后以Tennessee Eastman(TE)过程为例,初步讨论了过程控制策略对监控性能的影响。 (2)基于结构化残差(Structured Residuals)的故障分离方法的原理在于为不同故障设计具有区分功能的残差响应特征,将故障特征进行解耦。工业过程中普遍存在对系统有复杂影响的故障,其解耦难度较大,甚至是不可分离性的。在过程的主成分分析(Principal Component Analysis, PCA)模型下,提出一种多层策略,去除复杂故障的共同影响特征,将其转化成简单故障。然后分配至不同层进行区分,在设计结构化残差时,每个残差被设置为对某一故障不敏感,同时最大化其对其余故障响应的敏感度。经过逐层特征抽取和结构化残差设计,最后得到表征各残差对全部故障响应特征的事件矩阵,用于分类全部简单或复杂的故障。将该方法应用于TE过程,仿真实验结果证明了其有效性。 (3)为了实时地给出过程运行安全性的在线评价,提出一种基于多模式工况识别的方法。首先基于工业过程的历史运行数据,使用混合高斯模型(Gaussian Mixture Model, GMM)来表征过程的多工况状态,并在线识别当前工况。将过程变量变化至其安全边界的概率作为安全性指数(Safety Index, SI),用于描述当前工况的安全程度,该指数的构造可以视为从高维的过程变量空间至指数空间的一个映射。根据历史运行的安全性能指数值的范围进行等级划分,并在一个较低的D空间中得到与不同安全性能等级的子集(子空间)与区域边界,然后可以得到当前安全性能在子空间内的裕度。将该指数应用于TE过程和一个工业聚丙烯(Polypropylene, PP)生产过程,实验结果表明SI能够实时指示过程运行安全性的变化,并为提高过程安全性能的进一步操作提供调节方向的参考。 (4)基于Hopf分岔分析,从动态稳定性方面对工业过程运行状态进行安全性评价。采用分岔方程描述过程系统的Hopf分岔点所在的临界曲面,并作为系统参数或操作变量的安全边界,然后构造了一个动态安全性指数(Dynamic Safety Index, DSI)用于综合描述各参数到其分岔点的距离。将该方法应用于一个聚乙烯(Polyethylene, PE)流化床反应器的仿真过程中,结果表明该动态安全性指数能够有效指示过程系统的运行状态至分岔现象的距离,并能提早对可能发生不稳定振荡现象进行预警。 最后,对全文作出总结,归纳了研究和分析的内容及结果,指出研究成果中存在的一些未解决的问题,并展望了接下来的研究方向。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TP277

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 刘育明;梁军;胡斌;叶鲁彬;石向荣;;一种基于多尺度分析的多变量统计过程监测方法[J];化工学报;2009年04期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 王海清;工业过程监测:基于小波和统计学的方法[D];浙江大学;2001年
2 刘育明;动态过程数据的多变量统计监控方法研究[D];浙江大学;2006年
3 熊丽;基于数据驱动技术的过程监控与优化方法研究[D];浙江大学;2008年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 邓勤;若干个不同部件并联可修系统可用度的研究[J];阿坝师范高等专科学校学报;2005年03期
2 王全凤;郑浩;;基于径向基函数神经网络的高层建筑结构选型[J];四川建筑科学研究;2010年05期
3 王威;;化学工艺和设备安全性评价探析[J];安防科技;2012年02期
4 张根耀,李竹林,赵宗涛;遮挡情况下运动目标的跟踪[J];安徽大学学报(自然科学版);2003年03期
5 陈弋兰;王鸣;孙书诚;;朴素贝叶斯分类器的误差估计[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2008年04期
6 余丙荣;周明龙;李玲纯;;基于遗传算法的WANN的汽车发动机故障诊断分析[J];安徽工程大学学报;2011年01期
7 张红涛;胡玉霞;张恒源;顾波;;储粮害虫图像识别中的特征压缩研究[J];安徽农业科学;2008年27期
8 张昭;何东健;;基于计算机视觉的竹块颜色分类方法研究[J];安徽农业科学;2010年26期
9 汪洁;朱军;;基于Linux的中文垃圾邮件过滤系统设计与实现[J];安徽农业大学学报;2011年02期
10 董文庚;刘庆洲;;易燃性物料储罐压力惰化过程设计与计算[J];安全;2008年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 刘志斌;金连文;;候选字静态生成技术及其在两级LDA汉字识别中的应用[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
2 张彬;金连文;;基于AdaBoost的手写体汉字相似字符识别[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
3 吕蓬;柳亦兵;马强;魏于凡;;支持向量机在齿轮智能故障诊断中的应用研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 梁禹;王义刚;王娜;;基于支持向量机的电力电子电路故障诊断[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
5 刘士荣;何文波;;基于强跟踪粒子滤波器的非线性系统故障诊断[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
6 胡文金;周东华;;基于输入等价干扰的DC-DC变换器自适应控制[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
7 谭琳;文成林;;一种基于多模式的故障检测方法[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
8 刘华;张建华;王娆芬;王行愚;;人机系统操作员功能状态的模糊聚类方法[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
9 晋朝勃;胡刚强;史广智;李玉阳;;一种采用支持向量机的水中目标识别方法[A];中国声学学会水声学分会2011年全国水声学学术会议论文集[C];2011年
10 尹雪娇;;基于蚁群算法的故障诊断[A];创新沈阳文集(A)[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 夏全喜;车载组合导航系统关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 李高云;大型船舶航向/航迹智能容错控制研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 王小旭;非线性SPKF滤波算法研究及其在组合导航中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 梁洪;基于内容的医学图像检索及语义建模关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 任桢;图像分类任务的关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 殷志伟;基于统计学习理论的分类方法研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
7 孔凡芝;引线键合视觉检测关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
8 乔小燕;基于生物形态学的赤潮藻显微图像分割与特征提取研究[D];中国海洋大学;2010年
9 陈海卫;波轮式全自动洗衣机脱水振动与抑制机理的研究[D];江南大学;2010年
10 陈志国;基于群体智能的机器视觉的关键技术研究[D];江南大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杜二玲;拟概率空间上等均值噪声下统计学习理论的理论基础[D];河北大学;2007年
2 朱杰;一种基于聚类的支持向量机反问题求解算法[D];河北大学;2007年
3 廖甜甜;白细胞图像语义识别分类的研究[D];南昌航空大学;2010年
4 黄正荣;基于振动波的高速公路车辆行驶状态辨识理论研究[D];南昌航空大学;2010年
5 刘棉;人机划拳系统的实现[D];山东科技大学;2010年
6 刘桂珍;颅骨三维重建与信息提取[D];山东科技大学;2010年
7 蒲锰;非侵入式矿井提升机PLC电控系统实时故障诊断方法的研究[D];山东科技大学;2010年
8 张海峰;空间三维信息重构与飞行器路径规划[D];山东科技大学;2010年
9 田文娟;基于支持向量机的人民币序列号识别方法的研究[D];山东科技大学;2010年
10 陈楠楠;互动音乐桌[D];山东科技大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 梁军;工业流化床乙烯气相聚合中的在线测量与模型分析(I)[J];传感技术学报;2003年03期
2 王靖岱,陈纪忠,阳永荣,程志强,戴连奎;迭代动态规划在树脂牌号切换最优化模型中的应用[J];高校化学工程学报;2000年03期
3 秦勇,沈静珠,胡山鹰,周建华,周进;反向映射主成分分析方法在化工建模中的应用[J];化工学报;1998年05期
4 赵众,顾幸生,蒋慰孙;小波变换在生产过程监测中的应用[J];化工学报;1998年06期
5 章维一,侯丽雅,渡边嘉二郎;线性分类-重构网及其在化工过程早期故障诊断中的应用[J];化工学报;1999年06期
6 王靖岱,陈纪忠,阳永荣;连续聚合过程中产品牌号过渡的优化[J];化工学报;2001年04期
7 赵贵兵,阳永荣,侯琳熙;流化床声发射机理及其在故障诊断中的应用[J];化工学报;2001年11期
8 陈国金,梁军,钱积新;独立元分析方法(ICA)及其在化工过程监控和故障诊断中的应用[J];化工学报;2003年10期
9 宋建成;;探讨化工间歇过程的控制策略[J];化工自动化及仪表;1990年01期
10 周东华,王桂增;第五讲 故障诊断技术综述[J];化工自动化及仪表;1998年01期
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 王天普;聚烯烃生产过程优化策略研究[D];浙江大学;2003年
2 陈国金;工业过程监控:基于主元分析和盲源信号分析方法[D];浙江大学;2004年
3 郭明;基于数据驱动的流程工业性能监控与故障诊断研究[D];浙江大学;2004年
4 谢磊;间歇过程统计性能监控研究[D];浙江大学;2005年
5 周韶园;基于HMM的统计过程监控研究[D];浙江大学;2005年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 于乃润,万百五;工业过程稳态优化中的迭代学习控制[J];控制理论与应用;1996年06期
2 陈令;开放式工业过程自动化系统——工业控制计算机的新使命[J];机械与电子;1998年04期
3 邵志勇;全国工业过程测量和控制标准化技术委员会二届六次全会暨成立十周年庆祝活动在杭州举行[J];仪器仪表标准化与计量;1998年06期
4 曹秀敏;模糊控制及其在工业过程中的应用[J];科技情报开发与经济;2002年03期
5 ;关于成立全国工业过程测量和控制标准化技术委员会分析仪器分技术委员会(SAC/TC124/SC6)的批复[J];仪器仪表标准化与计量;2005年02期
6 何小东;何海江;;基于.NET的工业过程可视化数据仓库的研究[J];微计算机信息;2006年18期
7 李志远;;基于Ethernet的工业过程控制系统研究[J];微计算机信息;2008年07期
8 刘洪涛,魏乐庆;差压传感器灵敏度校准的非线性处理方法[J];大电机技术;1999年02期
9 金晓明,王树青;工业过程先进控制的概念设计[J];化工自动化及仪表;2000年04期
10 冯晓升;全国工业过程测量和控制标准化技术委员会的工作原则和目标[J];自动化博览;2001年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 黄正良;吴坚;万百五;;具有输出关联约束的工业过程稳态优化控制新方法——双迭代法[A];1995中国控制与决策学术年会论文集[C];1995年
2 郭东道;;连续非线性过程的线性模型[A];1998中国控制与决策学术年会论文集[C];1998年
3 唐小静;任章;;不确定非线性系统的故障检测与隔离[A];2000中国控制与决策学术年会论文集[C];2000年
4 陈一超;;声速改正及其残差对多波束测深的影响[A];2001年测绘学组学术研讨会论文集[C];2001年
5 柯宏发;陈永光;夏斌;王新;;基于灰色模型残差的过失误差判别方法[A];2006年灰色系统理论及其应用学术会议论文集[C];2006年
6 曲庆璋;梁兴复;章权;;弹性地基上四边自由矩形厚板的解[A];第三届全国结构工程学术会议论文集(上)[C];1994年
7 王伟;于达仁;祝豪;;基于多尺度的虚拟传感器分析[A];2004电站自动化信息化学术技术交流会议论文集[C];2004年
8 李亚楠;段立;顾方勇;;基于支持向量机的传感器故障诊断研究[A];舰船电子装备维修理论与应用——中国造船工程学会电子修理学组第四届年会暨信息装备保障研讨会论文集[C];2005年
9 赵钦君;姜斌;;基于模型的闭环系统故障检测的一种新方法[A];第16届中国过程控制学术年会暨第4届全国故障诊断与安全性学术会议论文集[C];2005年
10 王斌;赵云;尹云辉;;面向服务架构的复杂工业过程建模研究[A];2009中国控制与决策会议论文集(1)[C];2009年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 章庆;把握变革的“分岔点”[N];中国国防报;2011年
2 章庆;起大早,切莫赶晚集[N];解放军报;2011年
3 本报记者  张蕾;提升工业过程自动化水平[N];光明日报;2006年
4 曾芸 夏坤 本报记者 石浩均 实习生 朱静 潘梦清;城东崛起一座城 工业撑起一片天[N];九江日报;2010年
5 本报记者 王亚丽;优化过程系统 实现节能减排[N];中国化工报;2007年
6 彭国正;南城主攻工业坚持环保先行[N];抚州日报;2007年
7 陈永平冯雪玉;矿山企业成为东乌旗重点税源[N];内蒙古日报(汉);2008年
8 ;梅兰日兰Extreme UPS[N];电脑商报;2004年
9 中科院天文台副研究员 赵复垣;用天文方法预测地震[N];北京科技报;2000年
10 中科院北京天文台研究员 韩延本 本报记者 李兰;地震前兆的信息也可从天文观测中提取[N];科技日报;2001年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 叶鲁彬;工业过程运行安全性能分析与在线评价的研究[D];浙江大学;2011年
2 衣娜;若干类传染病动力系统分析与控制问题研究[D];东北大学;2010年
3 王红茹;动态系统的鲁棒故障检测与分离方法研究[D];哈尔滨工业大学;2006年
4 余红梅;Cox比例风险回归模型诊断及预测有关问题的研究[D];第四军医大学;2001年
5 余怀忠;地震前兆物理模型与地震预测初步研究[D];中国地震局地质研究所;2006年
6 高嵩;经典轨道分岔现象和高精度谱分析方法的研究[D];山东师范大学;2007年
7 安祎春;非线性电力系统分岔控制的研究[D];东北大学;2009年
8 刘楚辉;飞机机身数字化对接装配中的翼身交点加工关键技术研究[D];浙江大学;2011年
9 张立炎;结合逻辑与规则的工业过程建模和优化控制的研究[D];浙江大学;2004年
10 刘力军;基于跟驰模型的交通流分岔与混沌研究[D];天津大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 赵云霞;北赤道流分岔点和印尼贯穿流的季节和年际变化及其联系[D];国家海洋局第一海洋研究所;2012年
2 谢雯;非线性动力系统的分岔与控制[D];南京航空航天大学;2010年
3 OTACHE, YUSUF MARTINS;[D];河海大学;2004年
4 张莹;基于残差的无限非线性自回归模型的拟合优度检验[D];南京大学;2011年
5 王韬;基于多残差与非负约束的稀疏重建方法[D];电子科技大学;2010年
6 王博华;轧机主传动非线性扭振系统分岔和混沌行为研究[D];燕山大学;2012年
7 宁欣;基于残差收益的动量或反转效应[D];东北财经大学;2012年
8 郑博谦;改进的非二次准则法在DTS原始数据处理中的应用[D];华北电力大学(河北);2006年
9 何宁;基于观测器方法的时滞系统鲁棒故障诊断理论研究[D];山东大学;2005年
10 李田鹏;工业过程鲁棒PID整定及多变量预测控制研究[D];浙江大学;2005年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026