本發(fā)明涉及數(shù)字化分析，具體地說是一種基于歷史數(shù)據(jù)的催化劑運(yùn)行在線數(shù)字化分析系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在化工生產(chǎn)領(lǐng)域，催化劑起著至關(guān)重要的作用，它能夠顯著加快化學(xué)反應(yīng)的速率，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本；并且在生產(chǎn)過程中其性能直接影響生產(chǎn)過程中的原料單耗、能源消耗以及目標(biāo)產(chǎn)品產(chǎn)率等績效指標(biāo)，其性能的好與壞直接影響化工生產(chǎn)過程的績效，傳統(tǒng)的化工生產(chǎn)中，對(duì)于催化劑性能的監(jiān)測和評(píng)估主要依賴于有限的離線分析和檢測方法。

2、現(xiàn)有背景技術(shù)中有以下不足：

3、1、在傳統(tǒng)的化工生產(chǎn)中，對(duì)催化劑性能的分析和計(jì)算主要依賴有限的離線分析和檢測方法。不能動(dòng)態(tài)、直觀地了解催化劑性能的變化情況，難以進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析催化劑的運(yùn)行為系統(tǒng)的優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支撐，從而導(dǎo)致問題進(jìn)一步惡化，

4、2、傳統(tǒng)方法沒有結(jié)合多方面因素對(duì)催化劑性能進(jìn)行綜合評(píng)估和優(yōu)化，這使得在生產(chǎn)過程中難以保持催化劑的性能穩(wěn)定輸出，容易出現(xiàn)生產(chǎn)過程中的波動(dòng)和不確定性，由于不能直觀反映催化劑狀態(tài)，無法對(duì)催化劑的變化情況進(jìn)行實(shí)時(shí)掌控，也不能及時(shí)對(duì)劣化和異常進(jìn)行優(yōu)化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種基于歷史數(shù)據(jù)的催化劑運(yùn)行在線數(shù)字化分析系統(tǒng)，基于歷史數(shù)據(jù)對(duì)實(shí)時(shí)反應(yīng)的催化劑進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，便于及時(shí)調(diào)整催化劑的運(yùn)行狀況，以解決上述技術(shù)問題。

2、本發(fā)明技術(shù)方案如下：

3、一種基于歷史數(shù)據(jù)的催化劑運(yùn)行在線數(shù)字化分析系統(tǒng)，包括：

4、數(shù)據(jù)采集模塊，所述數(shù)據(jù)采集模塊用于采集催化劑在催化反應(yīng)過程中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，以及催化劑歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，其中缺失歷史數(shù)據(jù)的催化劑，能夠通過多次催化反應(yīng)中進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，匯總得出歷史數(shù)據(jù)；

5、數(shù)據(jù)治理模塊，所述數(shù)據(jù)治理模塊與數(shù)據(jù)采集模塊數(shù)據(jù)連接，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行包括清洗、濾波、整定和標(biāo)準(zhǔn)化，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可用性；

6、數(shù)據(jù)分析模塊，所述數(shù)據(jù)分析模塊與數(shù)據(jù)治理模塊數(shù)據(jù)連接，用于對(duì)治理后的催化劑運(yùn)行完整周期歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析；

7、性能圖展示模塊，所述性能圖展示模塊與數(shù)據(jù)分析模塊數(shù)據(jù)連接，用于對(duì)分析得到的數(shù)據(jù)，繪制催化劑性能曲線圖；

8、性能優(yōu)化模塊，所述性能優(yōu)化模塊與性能圖展示模塊數(shù)據(jù)連接，基于催化劑歷史性能曲線圖以及當(dāng)前性能曲線圖，對(duì)當(dāng)前催化劑進(jìn)行綜合評(píng)估以及優(yōu)化調(diào)整使其處于最佳性能狀態(tài)。

9、優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)采集模塊采集的催化劑歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，包括原料流量、性質(zhì)和各原料配比數(shù)據(jù)，生產(chǎn)過程中的反應(yīng)溫度、壓力、溫度上升幅度、壓力下降幅度、液位、循環(huán)量、輔助移熱或換熱系統(tǒng)工藝參數(shù)、反應(yīng)器輸出物料的各類成分和后續(xù)分離工段的工藝參數(shù)，以及主產(chǎn)品流量、副產(chǎn)品流量和尾氣量數(shù)據(jù)。

10、優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)治理模塊包括數(shù)據(jù)清洗單元、數(shù)據(jù)濾波單元、數(shù)據(jù)整定單元和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化單元；

11、所述數(shù)據(jù)清洗單元用于去除重復(fù)數(shù)據(jù)、糾正錯(cuò)誤數(shù)據(jù)和填補(bǔ)缺失值，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性；

12、所述數(shù)據(jù)濾波單元用于消除或減少數(shù)據(jù)中的噪聲和干擾，使數(shù)據(jù)平滑穩(wěn)定；

13、所述數(shù)據(jù)整定單元用于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)和調(diào)整，使其符合實(shí)際的物理意義和測量標(biāo)準(zhǔn)；

14、所述數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化單元用于將數(shù)據(jù)按照統(tǒng)一的格式、單位和范圍進(jìn)行規(guī)范。

15、優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)分析模塊包括性能計(jì)算單元和性能分析單元；

16、所述性能計(jì)算單元用于根據(jù)催化劑歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)計(jì)算出催化劑在不同時(shí)期以及工作情況下的性能值，包括穩(wěn)定性、選擇率、轉(zhuǎn)化率；

17、所述性能分析單元用于分析包括但不限于不同時(shí)期、不同空速、溫度、溫場下，其穩(wěn)定性、選擇率、轉(zhuǎn)化率的關(guān)聯(lián)強(qiáng)度。

18、優(yōu)選的，所述性能計(jì)算單元首先將數(shù)據(jù)按照不同時(shí)期和不同的工作情況進(jìn)行分類再進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式如下：

19、轉(zhuǎn)化率計(jì)算公式：

20、選擇性計(jì)算公式：

21、歷史數(shù)據(jù)催化劑穩(wěn)定性通過轉(zhuǎn)化率或選擇性的均值來計(jì)算，轉(zhuǎn)化率或選擇性作為數(shù)據(jù)點(diǎn)；

22、

23、其中，σ是標(biāo)準(zhǔn)偏差，公式為μ是轉(zhuǎn)化率或選擇性的均值，公式為b是數(shù)據(jù)點(diǎn)的標(biāo)簽，代表第b個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，lb表示數(shù)據(jù)點(diǎn)b的值，a表示數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)量；

24、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)催化劑穩(wěn)定性通過單個(gè)性能值與平均性能值的差異來衡量穩(wěn)定性；

25、

26、其中，γ是當(dāng)前實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化率或選擇性。

27、優(yōu)選的，所述性能分析單元將治理后的催化劑歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)按不同時(shí)期分為4組，分別為激活、初期、中期和末期，結(jié)合性能計(jì)算單元的計(jì)算結(jié)果；

28、對(duì)每一組數(shù)據(jù)進(jìn)行獨(dú)立計(jì)算，構(gòu)建為一個(gè)節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中分為兩類節(jié)點(diǎn)，其中一種為不同的工作情況；另外一種為催化劑的性能指數(shù)；

29、設(shè)i為因素節(jié)點(diǎn)的標(biāo)簽，j為性能指數(shù)節(jié)點(diǎn)的標(biāo)簽,表示第i個(gè)因素節(jié)點(diǎn)和第j個(gè)性能指數(shù)節(jié)點(diǎn)，eij為邊，表示節(jié)點(diǎn)i和j連接的邊；p表示因素節(jié)點(diǎn)上的值，q表示性能指數(shù)節(jié)點(diǎn)上的值，pi為i節(jié)點(diǎn)上具體的值，qj為j節(jié)點(diǎn)上具體的值；

30、通過計(jì)算邊eij的權(quán)重wij來表示節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)強(qiáng)度，通過皮爾遜相關(guān)系數(shù)：

31、

32、其中，k是邊的標(biāo)簽，p"和q"是連接第k個(gè)邊的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)上對(duì)應(yīng)的值，和分別是在因素節(jié)點(diǎn)上的均值和性能指數(shù)節(jié)點(diǎn)上的均值，r為邊的總數(shù)量；

33、

34、

35、其中，n是因素節(jié)點(diǎn)的總個(gè)數(shù)，m是性能指數(shù)節(jié)點(diǎn)的總個(gè)數(shù)；

36、然后對(duì)節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和特征進(jìn)行分析，分析不同時(shí)期的催化劑性能與各種工況條件之間的內(nèi)在關(guān)系；

37、聚類系數(shù)ci：衡量節(jié)點(diǎn)之間相互連接的緊密程度；

38、

39、其中，fi是相鄰節(jié)點(diǎn)i之間實(shí)際存在的邊的數(shù)量,聚類系數(shù)反映某一指定節(jié)點(diǎn)周圍節(jié)點(diǎn)之間相互連接的緊密程度，越高的聚類系數(shù)表示某個(gè)時(shí)期的催化劑性能與相鄰時(shí)期的性能之間存在越強(qiáng)的相互作用和依賴關(guān)系。

40、優(yōu)選的，所述性能圖展示模塊包括二維曲線圖單元和三維曲線圖單元；

41、所述二維曲線圖單元根據(jù)性能計(jì)算單元將數(shù)據(jù)按照時(shí)期和不同的工作情況進(jìn)行分類結(jié)果及計(jì)算結(jié)果進(jìn)行繪制，包括使用時(shí)長、溫度、空速條件下的轉(zhuǎn)化率、穩(wěn)定性、選擇性的曲線圖；

42、所述三維曲線圖單元根據(jù)性能分析單元中節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)和連接的邊的權(quán)重繪制三維曲線圖，構(gòu)建出準(zhǔn)確反映催化劑性能與工況及時(shí)期關(guān)聯(lián)強(qiáng)度變化的曲線圖；

43、以節(jié)點(diǎn)i作為x軸，節(jié)點(diǎn)j為y軸，wij作為z軸；在三維空間中，每一組時(shí)期的i節(jié)點(diǎn)、j節(jié)點(diǎn)和wij作為三維坐標(biāo)，構(gòu)成一個(gè)空間點(diǎn)，通過連接這些空間點(diǎn)，得到三維曲線圖；

44、同時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)分析的結(jié)果進(jìn)行展現(xiàn)，通過表格列出不同節(jié)點(diǎn)聚類系數(shù)指標(biāo)的具體數(shù)值，在繪制的圖中，清晰標(biāo)注坐標(biāo)軸的含義，以及曲線所代表的含義；

45、最后，性能圖展示模塊標(biāo)記出當(dāng)前狀態(tài)；在標(biāo)記出當(dāng)前狀態(tài)時(shí)，采用醒目的顏色或圖標(biāo)突出顯示出當(dāng)前的催化劑性能狀態(tài)圖。

46、優(yōu)選的，所述性能優(yōu)化模塊包括評(píng)估單元和優(yōu)化單元；

47、所述評(píng)估單元能夠?qū)崟r(shí)計(jì)算當(dāng)前狀態(tài)與歷史數(shù)據(jù)中的相似工況條件下的性能差異，計(jì)算公式為：

48、

49、并結(jié)合性能差異和市場行情，綜合評(píng)估當(dāng)前狀態(tài)下催化劑的經(jīng)濟(jì)效益，生成詳細(xì)的評(píng)價(jià)報(bào)告，包括各項(xiàng)指標(biāo)的具體數(shù)值、與歷史最優(yōu)狀態(tài)的對(duì)比分析以及可能的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警；

50、所述優(yōu)化單元在性能差異計(jì)算為正值時(shí)，根據(jù)歷史催化劑性能圖生成優(yōu)化方案，使催化劑性能達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)；在當(dāng)前性能差異計(jì)算為負(fù)值時(shí)，記錄當(dāng)前催化劑性能狀態(tài)圖性能為更優(yōu)狀態(tài)，優(yōu)化結(jié)果能夠以多種形式輸出包括網(wǎng)頁端、移動(dòng)端推送和電子郵件。

51、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

52、1、本發(fā)明通過數(shù)據(jù)分析模塊和性能圖展示模塊，計(jì)算催化劑的歷史性能情況及實(shí)時(shí)性能情況，并繪制出直觀的催化劑性能曲線圖。能夠動(dòng)態(tài)、直觀地感受到催化劑性能的變化，動(dòng)態(tài)分析催化劑的運(yùn)行，為后續(xù)的優(yōu)化提供了數(shù)據(jù)支撐，保障催化劑性能穩(wěn)定持續(xù)的輸出以及長周期的運(yùn)行，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并優(yōu)化潛在的問題和異常，避免進(jìn)一步惡化。

53、2、本發(fā)明通過系統(tǒng)的性能優(yōu)化模塊結(jié)合多方面的因素，對(duì)催化劑的性能進(jìn)行綜合評(píng)估，并提供改進(jìn)和優(yōu)化，這有助于保持催化劑的性能穩(wěn)定輸出，減少生產(chǎn)過程中的波動(dòng)和不確定性。直觀的反應(yīng)催化劑狀態(tài)，對(duì)于催化劑的變化情況實(shí)時(shí)掌控，還能針對(duì)劣化和異常生成優(yōu)化方案。