基于多元统计过程控制的空分过程故障诊断

论文摘要

随着科学技术的进步,空分工业得到了蓬勃发展,空分装置日益趋于大型化和复杂化,对于节能和安全的要求成为空分生产的关键。故障诊断对于降低生产事故、提高生产绩效、减少经济损失、增强企业竞争力等都具有重要的意义,是现代企业(包括空分企业)生产管理的重要组成部分。为空分系统建立故障诊断系统,能够有效利用空分生产过程的数据信息,及时检测故障的发生情况,更深层的分析故障原因,快速进行故障定位,提高空分生产的稳定性和高效性。多元统计过程控制是一种对存在多个相关变量的生产过程进行监控、分析、控制的方法与技术。通过对这些生产过程数据进行统计分析,多元统计过程控制可以密切监督生产过程的运行状态,不断检测过程的变化和故障信息,对故障及时作出鉴别和分析,并可分析潜在的故障趋势,在一定程度上做出故障预报。因此,基于多元统计过程控制的故障诊断技术有着重要的实用价值,已成为研究的热点。本文以多元统计过程控制为理论基础,研究了故障诊断技术的重要方面,结合空分生产过程的特点,建立了基于多元统计过程控制的空分故障诊断系统,并在实际应用中取得良好效果。本文的主要研究内容和成果包括:1.对故障诊断技术和多元统计过程控制方法做了概括性介绍,概述了相关的基本概念、方法以及发展现状,同时介绍了空分过程故障诊断的研究现状,指出了本文的研究意义和研究方法。2.通过对空分生产过程的分析和对多元统计过程控制的应用要求的研究,对应用多元统计过程控制进行空分过程故障诊断进行了必要性和可行性分析,提出了该方案的总体设计。3.介绍了主元分析和多元统计控制图的概念和方法,结合空分过程的故障诊断特点,建立了基于主元分析的空分过程故障诊断模型。在建模过程中重点介绍了从原始工业数据到建模数据的数据处理过程。对该模型的诊断结果做了分析,对存在的问题提出了改进方案。4.介绍了动态主元分析方法,重点介绍了时滞长度的确定方法,提出了根据模型评价指标确定时滞长度的方法。结合空分过程的动态特性,建立了基于动态主元分析的空分过程故障诊断模型。对该模型的诊断结果做了分析,验证了该模型的准确性。同时,进一步探讨了分析方法的改进方案,提出了优化时滞配置的动态主元分析方法。5.介绍了某钢铁集团空分公司空分故障诊断系统的系统设计和运行效果,重点介绍了了该故障诊断系统界面丰富的信息量和生动的动态显示效果,通过该空分故障诊断系统实际的运行效果证明了本文研究的有效性。最后,在总结全文的基础上讨论了相关研究的发展前景。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 故障诊断技术简介
• 1.2.1 故障的基本概念
• 1.2.2 故障诊断的基本概念
• 1.2.3 故障诊断方法
• 1.3 多元统计过程控制简介
• 1.3.1 多元统计过程控制的概念和作用
• 1.3.2 多元统计过程控制在故障诊断中的应用
• 1.3.3 多元统计过程控制的实现
• 1.4 空分过程故障诊断的研究现状
• 1.5 本文的主要内容
• 第二章 应用MSPC进行空分过程故障诊断的总体设计
• 2.1 空分过程研究
• 2.1.1 空分系统的组成
• 2.1.2 空分系统的生产流程
• 2.1.3 空分设备的变负荷操作
• 2.1.4 空分过程的故障特性
• 2.2 应用MSPC对空分过程进行故障诊断的可行性分析
• 2.2.1 MSPC的应用要求
• 2.2.2 空分过程变量相关性分析
• 2.2.3 空分过程的检测技术和数据库技术
• 2.3 基于MSPC的空分故障诊断系统总体设计
• 2.4 本章小结
• 第三章 应用PCA进行空分过程故障诊断
• 3.1 主元分析方法（PCA）
• 3.1.1 PCA的基本思想
• 3.1.2 PCA的实现方法
• 3.1.3 主元个数的选取
• 3.2 多元统计控制图
• 3.2.1 过程统计控制图
• 3.2.2 SPE图
• 2图'>3.2.3 Hotelling T²图
• 3.2.4 主元得分图
• 3.2.5 贡献图
• 3.2.6 异常指数及异常等级
• 3.3 基于PCA的空分过程故障诊断模型
• 3.3.1 项目目标
• 3.3.2 分析工具
• 3.3.3 建模过程
• 3.3.4 故障诊断效果
• 3.4 改进方法探讨
• 3.5 本章小结
• 第四章 应用DPCA进行空分过程故障诊断
• 4.1 时间序列分析的概念
• 4.2 从PCA到DPCA方法的提出
• 4.3 动态主元分析方法（DPCA）
• 4.3.1 DPCA算法
• 4.3.2 时滞长度的确定
• 4.4 基于DPCA的空分过程故障诊断模型
• 4.4.1 建立DPCA故障诊断模型
• 4.4.2 故障诊断结果
• 4.5 改进方法探讨
• 4.6 优化时滞配置的DPCA
• 4.6.1 优化时滞配置的算法简述
• 4.6.2 优化时滞配置的程序流程
• 4.6.3 优化时滞配置的DPCA空分故障诊断模型
• 4.6.4 优化时滞配置的DPCA模型的诊断效果分析
• 4.6.5 优化时滞配置的DPCA方法小结
• 4.7 本章小结
• 第五章 大型空分装置故障诊断系统
• 5.1 项目简介
• 5.2 系统功能
• 5.2.1 监控界面设计
• 5.2.2 系统功能及使用说明
• 5.3 系统投运效果
• 5.4 本章小结
• 第六章 结束语
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 个人简历及学期间的论文发表情况
• 个人简历
• 作者攻读硕士学位期间完成的论文