基于PCA的混合化工过程故障诊断系统研究

论文摘要

进入21世纪以来,在科学技术取得迅猛发展的前提下,化学工业也取得了爆炸式的发展,化工生产过程也越来越向大型化、复杂化的方向发展。由于化工行业属于高危行业,一旦发生事故将会造成巨大的危害。如何保证化工生产安全稳定运行,成为了广大化工研究者的研究热点。故障诊断作为一门新型技术,结合了现代控制理论、可靠性理论、数理统计、模糊集理论、信息处理、模式识别、人工智能等学科理论,是保证化工生产安全的重要技术之一。本文属于国家863课题“定性定量复杂故障诊断技术研究”（2009AA04Z133）的子课题,本课题在主元分析方法的基础上,结合其它方法对化工过程进行故障诊断研究。根据目前化工企业“数据富裕,信息不足”的现状,首先定位于主元分析（Principal Component Analysis, PCA）方法。在前人研究成果的基础上,通过实例研究了PCA方法及其优缺点。为解决PCA方法故障识别能力不足的缺点,结合符号有向图（Signed Directed Graph, SDG）故障诊断方法和专家系统（Expert System, ES）故障诊断方法,提出了PCA-SDG方法和PCA-ES方法,对PCA方法进行了有目的的改进,并分别通过实例进行了验证。在此研究基础上,本文提出了基于PCA的混合化工过程故障诊断系统。本系统主要分为实时数据库、PCA-SDG建模环境模块、PCA-ES专家知识管理模块和混合故障诊断模块等几个部分。实时数据库采集现场的实时数据,利用PCA方法进行故障检测。若有故障发生时,通过PCA-SDG方法和PCA-ES方法进行故障识别和诊断。对国内某PTA（对苯二甲酸）装置进行了现场应用,应用结果显示,该系统能及时检测出故障并准确辨识故障。当故障发生时,能迅速做出反应将故障详细信息反馈给用户,使用户能及早地发现故障,排除故障。课题下一步将对混合故障诊断方法进一步研究,完善混合故障诊断系统,研究故障预测技术,为确保化工生产过程的安全提供理论支持。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 故障诊断方法的概述
• 1.1.1 故障诊断方法的分类
• 1.1.2 故障诊断方法的研究内容
• 1.1.3 故障诊断方法的发展
• 1.1.4 故障诊断的任务
• 1.2 基于主元分析的故障诊断方法介绍
• 1.3 混合故障诊断方法的现状
• 1.4 选题的背景、目的及意义
• 2 基于 PCA 方法的故障诊断研究
• 2.1 PCA 概述
• 2.2 PCA 方法介绍
• 2.2.1 PCA 方法的原理
• 2.2.2 PCA 故障诊断的步骤
• 2.3 结合TEP 仿真流程的PCA 故障诊断
• 2.3.1 TEP 仿真流程介绍
• 2.3.2 TEP 的故障类型
• 2.3.3 实例研究
• 2.4 小结
• 3 基于 PCA-SDG 方法的故障诊断研究
• 3.1 SDG 方法概述
• 3.1.1 SDG 的基本概念
• 3.1.2 SDG 的推理方式
• 3.1.3 SDG 的建模方法
• 3.1.4 SDG 故障诊断算法
• 3.2 基于PCA-SDG 的故障诊断
• 3.2.1 PCA-SDG 方法介绍
• 3.2.2 PCA-SDG 故障诊断实例研究
• 3.3 小结
• 4 基于 PCA-ES 方法的故障诊断研究
• 4.1 CLIPS 专家系统方法概述
• 4.1.1 CLIPS 专家系统的基本概念
• 4.1.2 CLIPS 专家系统的特点
• 4.1.3 CLIPS 专家系统的应用
• 4.2 基于CLIPS 专家系统的故障诊断
• 4.2.1 基本原理
• 4.2.2 CLIPS 专家系统的规则构建
• 4.2.3 CLIPS 向V C++的嵌入
• 4.3 基于PCA-ES 的故障诊断
• 4.3.1 PCA-ES 方法介绍
• 4.3.2 PCA-ES 故障诊断实例研究
• 4.4 小结
• 5 混合故障诊断系统的开发
• 5.1 系统的需求分析
• 5.1.1 开发及运行环境
• 5.1.2 用户对象
• 5.1.3 系统功能模块
• 5.2 系统研发
• 5.2.1 实时数据库
• 5.2.2 故障诊断模块
• 5.2.3 PCA-SDG 建模环境模块
• 5.2.4 PCA-ES 专家知识管理模块
• 5.3 工业现场应用
• 5.3.1 PTA 工艺简介
• 5.3.2 系统应用准备工作
• 5.3.3 系统应用情况介绍
• 结论
• 参考文献
• 附录1
• 附录2
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录