一種煉化過程自適應(yīng)數(shù)據(jù)驅(qū)動的早期故障監(jiān)測方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及石油煉化故障監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種煉化過程自適應(yīng)數(shù)據(jù)驅(qū)動 的早期故障監(jiān)測方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前，作為典型的過程工業(yè)，煉化過程工藝復(fù)雜且生產(chǎn)裝置數(shù)量及種類繁多。在煉 化過程中，一旦發(fā)生故障將影響到煉化過程及以外的其他裝置。甚至有可能引發(fā)一些重大 事故。因此，對煉化過程中的生產(chǎn)過程進行狀態(tài)監(jiān)測格外重要。
[0003] 目前，大多數(shù)煉化工業(yè)采用參數(shù)閾值方法對生產(chǎn)過程進行狀態(tài)監(jiān)測，而煉化過程 多為復(fù)雜工藝，參數(shù)間具有復(fù)雜的相關(guān)性和動態(tài)性，工況的異常變化常常不能及時地反映 在單一參數(shù)的變化上，而過程數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)受到工況的波動會表現(xiàn)出明顯的變化。因此， 通過多元統(tǒng)計方法，挖掘數(shù)據(jù)相關(guān)性變化對異常工況進行早期識別可在參數(shù)超出閾值報警 前識別出異常工況，為操作人員提供足夠的異常工況反應(yīng)和處理時間，從而保證生產(chǎn)的穩(wěn) 態(tài)運行并且避免了操作不及時導(dǎo)致的重大事故的發(fā)生。
[0004] 多元統(tǒng)計方法是常用的數(shù)據(jù)驅(qū)動方法，包括主成分分析、獨立成分分析等，利用多 個過程變量間的相關(guān)性實現(xiàn)過程故障診斷，能夠從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方面提取出故障特征，相較于 參數(shù)報警方式，可以提早發(fā)現(xiàn)異常工況。然而實際生產(chǎn)過程具有工況緩慢變化的特征，靜態(tài) 的多元統(tǒng)計模型應(yīng)用于實際生產(chǎn)過程中容易出現(xiàn)大范圍的誤報警問題?？梢?，靜態(tài)模型不 適用于實際煉化過程的故障監(jiān)測中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的實施例提供一種煉化過程自適應(yīng)數(shù)據(jù)驅(qū)動的早期故障監(jiān)測方法及裝置， 以解決實際生產(chǎn)過程具有工況緩慢變化的特征，靜態(tài)的多元統(tǒng)計模型應(yīng)用于實際生產(chǎn)過程 中容易出現(xiàn)大范圍的誤報警的問題。
[0006] 為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0007] -種煉化過程自適應(yīng)數(shù)據(jù)驅(qū)動的早期故障監(jiān)測方法，包括：
[0008] 獲取煉化過程生產(chǎn)裝置的監(jiān)測參數(shù)的歷史數(shù)據(jù)；
[0009] 確定歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)的滑動窗口長度和步長；
[0010] 根據(jù)所述滑動窗口長度和步長在監(jiān)測參數(shù)的歷史數(shù)據(jù)中確定歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)，并自 歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)的初始歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)每隔一個步長時間更新一次所述歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù);所述初 始歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)為確定歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)的初始時刻之前的一滑動窗口長度的歷史數(shù)據(jù)；
[0011] 對所述歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)進行列向標(biāo)準(zhǔn)化處理，形成標(biāo)準(zhǔn)化歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)；
[0012] 根據(jù)主成分分析方法將所述標(biāo)準(zhǔn)化歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)進行分解；
[0013] 根據(jù)分解后的標(biāo)準(zhǔn)化歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)確定主成分分析統(tǒng)計量SPE指標(biāo)控制限；
[0014] 獲取煉化過程的實時測量數(shù)據(jù)，并將所述實時測量數(shù)據(jù)確定為待測試樣本數(shù)據(jù)； [0015]根據(jù)當(dāng)前更新后的歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)，確定待測試樣本數(shù)據(jù)的SPE指標(biāo)；
[0016]根據(jù)所述待測試樣本數(shù)據(jù)的SPE指標(biāo)與所述SPE指標(biāo)控制限進行比較；
[0017]若所述待測試樣本數(shù)據(jù)的SPE指標(biāo)大于等于所述SPE指標(biāo)控制限，確定煉化過程生 產(chǎn)裝置處于異常工況狀態(tài)。
[0018] 具體的，根據(jù)所述滑動窗口長度和步長在監(jiān)測參數(shù)的歷史數(shù)據(jù)中確定歷史訓(xùn)練數(shù) 據(jù)，并自歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)的初始歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)每隔一個步長時間更新一次所述歷史訓(xùn)練數(shù) 據(jù)，包括：
[0019] 確定所述監(jiān)測參數(shù)的初始歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)矩陣為： 1〇為歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)長度;m為所述監(jiān)測參數(shù)的歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)的過程變量個數(shù)；
[0020] 在每隔一個步長D時更新一次所述歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù);第k次更新的歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)為：
[0021] 具體的，對所述歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)進行列向標(biāo)準(zhǔn)化處理，形成標(biāo)準(zhǔn)化歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)，包 括：
[0022]根據(jù)公式：
[0024]確定所述標(biāo)準(zhǔn)化歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)Χι/ ;其中，Xl,/為所述標(biāo)準(zhǔn)化歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)中第i 行第j列的數(shù)據(jù);為歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)Xk中第i行第j列的數(shù)據(jù);^為第j個過程變量歷史訓(xùn)練 數(shù)據(jù)的均值;力為第j個過程變量歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差。
[0025]具體的，根據(jù)主成分分析方法將所述標(biāo)準(zhǔn)化歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)進行分解，包括：
[0026]根據(jù)主成分分析方法將所述標(biāo)準(zhǔn)化歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)Χι/分解為：
[0028] 其中，為標(biāo)準(zhǔn)化歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)X!/在主元子空間中的估計;E為標(biāo)準(zhǔn)化歷史訓(xùn)練 數(shù)據(jù)Xi/在殘差子空間上的投影，即主成分分析模型的估計殘差矩陣；TeRLXA，T為得分矩 陣，所述得分矩陣表示主成分分析模型的前A個主元對應(yīng)的得分向量組成的矩陣;L為標(biāo)準(zhǔn) 化歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)長度;PT為載荷矩陣P￡R mXA的轉(zhuǎn)置，所述載荷矩陣P為前A個主元對應(yīng)的負(fù) 荷向量組成的矩陣，所述載荷矩陣P所支撐的空間為主元子空間；
[0029] 確定所述標(biāo)準(zhǔn)化歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)Xi/的協(xié)方差矩陣Σ :
[0031]
,1k為第k次更新后的歷 史訓(xùn)練數(shù)據(jù)長度;為第j個過程變量歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)的均值;W為第i個過程變量歷史訓(xùn)練數(shù) 據(jù)的均值。
[0032] 具體的，根據(jù)分解后的標(biāo)準(zhǔn)化歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)確定主成分分析統(tǒng)計量SPE指標(biāo)控制 限，包括：
[0033]根據(jù)公式：
[0035] 確定主成分分析統(tǒng)計量S P E指標(biāo)控制限元·，其中

為所述協(xié)方差矩陣Σ的第m-A個特征值;ca為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布在置信度水 平α下的閾值;A為主成分分析模型的主元個數(shù);m為所述監(jiān)測參數(shù)的歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)的過程變 量個數(shù)。
[0036] 具體的，所述獲取煉化過程的實時測量數(shù)據(jù)，并將所述實時測量數(shù)據(jù)確定為待測 試樣本數(shù)據(jù)，包括：
[0037] 確定一時亥ijK的待測試樣本數(shù)據(jù)向量為Y=[yi，y2, . . .，ym];
[0038] 對所述待測試樣本數(shù)據(jù)向量進行列向標(biāo)準(zhǔn)化處理，形成標(biāo)準(zhǔn)化待測試樣本數(shù)據(jù)向 量:疒=[y/ ^/，. . .，y/ ];其中
內(nèi)為第j個過程變量歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)的均值 為第j個過程變量歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差。
[0039] 具體的，根據(jù)當(dāng)前更新后的歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)，確定待測試樣本數(shù)據(jù)的SPE指標(biāo)，包括：
[0040] 根據(jù)公式：
[0041] SPEk= 11 (ι-ρρτ)υ7 112
[0042] 確定所述待測試樣本數(shù)據(jù)的SPE指標(biāo)SPEk;其中，I為單位矩陣;P為所述載荷矩陣； PTS所述載荷矩陣P e RmXA的轉(zhuǎn)置。
[0043] 具體的，根據(jù)所述待測試樣本數(shù)據(jù)的SPE指標(biāo)與所述SPE指標(biāo)控制限進行比較，包 括：
[0044] 判斷SPE, 2 <是否成立；
[0045]若所述待測試樣本數(shù)據(jù)的SPE指標(biāo)大于等于所述SPE指標(biāo)控制限，確定煉化過程生 產(chǎn)裝置處于異常工況狀態(tài)，包括：
[0046] 若《成立，確定煉化過程生產(chǎn)裝置處于異常工況狀態(tài)。
[0047] 進一步的，該煉化過程自適應(yīng)數(shù)據(jù)驅(qū)動的早期故障監(jiān)測方法，還包括：
[0048] 確定煉化過程生產(chǎn)裝置的各過程變量對SPE指標(biāo)的貢獻率:
[0050]其中，#為單位矩陣Im的第i列的轉(zhuǎn)置。
[0051 ] -種煉化過程自適應(yīng)數(shù)據(jù)驅(qū)動的早期故障監(jiān)測裝置，包括：
[0052]監(jiān)測參數(shù)的歷史數(shù)據(jù)獲取單元，用于獲取煉化過程生產(chǎn)裝置的監(jiān)測參數(shù)的歷史數(shù) 據(jù)；
[0053]滑動窗口長度和步長確定單元，用于確定歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)的滑動窗口長度和步長； [0054]歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)更新單元，用于根據(jù)所述滑動窗口長度和步長在監(jiān)測參數(shù)的歷史數(shù) 據(jù)中確定歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)，并自歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)的初始歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)每隔一個步長時間更新一 次所述歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù);所述初始歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)為確定歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)的初始時刻之前的一滑 動窗口長度的歷史數(shù)據(jù)；
[0055] 標(biāo)準(zhǔn)化處理單元，用于對所述歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)進行列向標(biāo)準(zhǔn)化處理，形成標(biāo)準(zhǔn)化歷 史訓(xùn)練數(shù)據(jù)；
[0056] 標(biāo)準(zhǔn)化歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)分解單元，用于根據(jù)主成分分析方法將所述標(biāo)準(zhǔn)化歷史訓(xùn)練 數(shù)據(jù)進行分解；
[0057] SPE指標(biāo)控制限計算單元，用于根據(jù)分解后的標(biāo)準(zhǔn)化歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)確定主成分分 析統(tǒng)計量SPE指標(biāo)控制限；
[0058]待測試樣本數(shù)據(jù)處理單元，用于獲取煉化過程的實時測量數(shù)據(jù)，并將所述實時測 量數(shù)據(jù)確定為待測試樣本數(shù)據(jù)；
[0059] SPE指標(biāo)確定單元，用于根據(jù)當(dāng)前更新后的歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)，確定待測試樣本數(shù)據(jù)的 SPE指標(biāo)；
[0060]比較單元，用于根據(jù)所述待測試樣本數(shù)據(jù)的SPE指標(biāo)與所述SPE指標(biāo)控制限進行比 較；
[0061 ]狀態(tài)確定單元，用于在所述待測試樣本數(shù)據(jù)的SPE指標(biāo)大于等于所述SPE指標(biāo)控制 限時，確定煉化過程生產(chǎn)裝置處于異常工況狀態(tài)。
[0062] 此外，所述歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)更新單元具體用于：
[0063] 確定所述監(jiān)測參數(shù)的歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)的初始歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)矩陣為：
;其中，1〇為歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)長度;m為所述監(jiān)測參數(shù)的歷史訓(xùn)練數(shù) 據(jù)的