快速判斷化工生產(chǎn)裝置的運(yùn)行穩(wěn)定性的方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及化工、冶金、制造等領(lǐng)域，特別是涉及一種用于連續(xù)生產(chǎn)過程的快速判 斷化工生產(chǎn)裝置的運(yùn)行穩(wěn)定性的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] "安穩(wěn)長滿優(yōu)"是石油石化等連續(xù)生產(chǎn)過程的重要運(yùn)行目標(biāo)。微小過程故障會(huì)帶來 長期擾動(dòng)，影響生產(chǎn)正常運(yùn)行，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量下降。如若繼續(xù)發(fā)展，過程故障會(huì)損害生產(chǎn)設(shè) 備，造成經(jīng)濟(jì)損失。大型過程故障不僅會(huì)帶來巨額財(cái)產(chǎn)損失，還有可能造成人員傷亡，危及 大氣和水等生態(tài)環(huán)境。過程故障檢測與診斷技術(shù)監(jiān)控過程的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并診 斷故障源。過程故障預(yù)報(bào)技術(shù)預(yù)知過程未來運(yùn)行狀態(tài)，在過程超出正常運(yùn)行區(qū)域之前盡可 能早地檢測到故障。因此，研宄故障診斷與預(yù)報(bào)技術(shù)對提高過程安全性和可靠性具有重要 科學(xué)價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。
[0003] 研宄故障診斷與預(yù)報(bào)技術(shù)有助于提高產(chǎn)品質(zhì)量，增強(qiáng)企業(yè)競爭力。伴隨著全球化 經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，市場競爭日益激烈。特別是加入WTO之后，與國際相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量體系的落差 對我國企業(yè)產(chǎn)生了強(qiáng)烈的沖擊和嚴(yán)峻的考驗(yàn)。監(jiān)控生產(chǎn)運(yùn)行性能，提高產(chǎn)品質(zhì)量并保證產(chǎn) 品質(zhì)量的高度一致性是企業(yè)在競爭中立于不敗之地的重要手段之一。故障診斷與預(yù)報(bào)技術(shù) 為質(zhì)量工程的實(shí)施提供了有力的技術(shù)支撐。石油石化工業(yè)屬于連續(xù)生產(chǎn)過程，物料在處理 單元之間單向流動(dòng)或循環(huán)流動(dòng)，各處理單元相互耦合。某一處理單元發(fā)生較小故障，對物料 影響不大，但是有可能導(dǎo)致后續(xù)處理單元發(fā)生較大波動(dòng)，從而影響半成品和成品的質(zhì)量。
[0004] 目前化工生產(chǎn)過程觀測變量多，采樣周期短，采集數(shù)據(jù)維數(shù)大，利用觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行 狀態(tài)估計(jì)需要同時(shí)考慮變量之間的相關(guān)性、變量在時(shí)序上的相關(guān)性和高維數(shù)據(jù)降維問題； 如何通過狀態(tài)估計(jì)進(jìn)一步獲得濾波新息并反映過程運(yùn)行是否正常存在一定的難度；對于故 障檢測技術(shù)，針對理論研宄往往開展得比較深入，但針對具體設(shè)備的研宄卻開展得較少，過 程故障診斷，尤其是快速判斷裝置運(yùn)行的平穩(wěn)性，仍然具有一定挑戰(zhàn)性。
[0005] 圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的生產(chǎn)流程，這一生產(chǎn)流程無法快速判斷化工生產(chǎn)裝置運(yùn)行 是否穩(wěn)定。對于關(guān)鍵過程變量，控制室內(nèi)設(shè)有輔助操作臺(tái)，通過亮指示燈和蜂鳴的形式對故 障進(jìn)行報(bào)警。然而石化生產(chǎn)過程觀測變量多，單變量監(jiān)控方法只根據(jù)單個(gè)觀測變量確定是 否存在故障，沒有考慮變量之間的相關(guān)性。當(dāng)單個(gè)變量報(bào)警后，操作員需綜合考察相關(guān)過程 變量的變化情況才能做出正確判斷。例如有的輔助操作臺(tái)指示燈在閃，蜂鳴不斷，操作員卻 不予理會(huì)，原因是操作員通過綜合觀察多個(gè)過程變量判斷過程正常。
[0006] 基于上述原因，大部分故障在造成嚴(yán)重影響之前存在一個(gè)緩變惡化過程，即：故障 發(fā)生以后，過程按照一定趨勢軌跡緩慢變化到達(dá)一個(gè)新的穩(wěn)定狀態(tài)或逐漸惡化直至崩潰， 這就無法盡早的檢測到故障，將故障消滅在萌芽狀態(tài)，從而無法減小故障損失甚至避免故 障的發(fā)生，無法保證生產(chǎn)過程的"安穩(wěn)長滿優(yōu)"。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 基于現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，如果能在故障發(fā)生初期發(fā)現(xiàn)故障，采取措施將故障消 滅在萌芽狀態(tài)，將會(huì)減小甚至避免故障對整個(gè)過程造成損害。為了保證生產(chǎn)過程的"安穩(wěn)長 滿優(yōu)"、減小故障損失，迫切希望預(yù)知過程未來運(yùn)行狀態(tài)，在過程超出正常運(yùn)行區(qū)域之前盡 可能早地檢測到故障，將故障消滅在萌芽狀態(tài)。因此，本發(fā)明的技術(shù)目的在于提供一種能夠 快速判斷化工生產(chǎn)裝置的運(yùn)行穩(wěn)定性的方法和裝置，旨在實(shí)時(shí)監(jiān)控化工生產(chǎn)裝置運(yùn)行過程 的運(yùn)行狀態(tài)、及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并診斷故障源，從而提高生產(chǎn)過程的安全性和可靠性
[0008] 作為本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明提供了一種快速判斷化工生產(chǎn)裝置的運(yùn)行穩(wěn)定性 的方法，該方法具體包括以下步驟：
[0009] 數(shù)據(jù)獲取步驟和權(quán)重分配步驟，分別為：數(shù)據(jù)獲取步驟，獲取化工生產(chǎn)裝置所有的 運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)；權(quán)重分配步驟，根據(jù)化工生產(chǎn)裝置的生產(chǎn)要求選取關(guān)鍵工藝控制點(diǎn)，為每個(gè) 關(guān)鍵工藝控制點(diǎn)分別分配權(quán)重；
[0010] 數(shù)據(jù)采集步驟，從所有的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)中，采集化工生產(chǎn)裝置在正常運(yùn)行狀態(tài)下 各關(guān)鍵工藝控制點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)作為穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)，采集化工生產(chǎn)裝置在異常運(yùn)行狀態(tài)下各 關(guān)鍵工藝控制點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)作為非穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)；
[0011] 穩(wěn)態(tài)判據(jù)計(jì)算步驟，依據(jù)各關(guān)鍵工藝控制點(diǎn)的權(quán)重、穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)和非穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)，計(jì)算 得到化工生產(chǎn)裝置的穩(wěn)態(tài)判據(jù)值；
[0012] 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)獲取步驟，獲取化工生產(chǎn)裝置的關(guān)鍵工藝控制點(diǎn)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)；
[0013] 數(shù)據(jù)濾波步驟，對實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)分別進(jìn)行在線高通濾波和低通濾波，分別得 到高通濾波值和低通濾波值；
[0014] 當(dāng)前穩(wěn)態(tài)值計(jì)算步驟，依據(jù)各關(guān)鍵工藝控制點(diǎn)的權(quán)重、高通濾波值和低通濾波值， 計(jì)算得到當(dāng)前穩(wěn)態(tài)值；
[0015] 穩(wěn)定性判斷步驟，依據(jù)穩(wěn)態(tài)判據(jù)值和當(dāng)前穩(wěn)態(tài)值，判斷化工生產(chǎn)裝置處于穩(wěn)定運(yùn) 行狀態(tài)或非穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。
[0016] 作為本發(fā)明的第二方面，本發(fā)明提供了一種用于快速判斷化工生產(chǎn)裝置的運(yùn)行穩(wěn) 定性的裝置，該裝置包括以下模塊：
[0017] 權(quán)重分配模塊，用于根據(jù)化工生產(chǎn)裝置的生產(chǎn)要求選取關(guān)鍵工藝控制點(diǎn)，并為每 個(gè)關(guān)鍵工藝控制點(diǎn)分別分配權(quán)重；
[0018] 數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取化工生產(chǎn)裝置所有的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)和各關(guān)鍵工藝控制點(diǎn) 的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)；
[0019] 數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集化工生產(chǎn)裝置在正常運(yùn)行狀態(tài)下各關(guān)鍵工藝控制點(diǎn)的運(yùn) 行狀態(tài)數(shù)據(jù)作為穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)，并用于采集化工生產(chǎn)裝置在異常運(yùn)行狀態(tài)下各關(guān)鍵工藝控制點(diǎn) 的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)作為非穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)；
[0020] 數(shù)據(jù)濾波模塊，用于對實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行在線高通濾波和低通濾波，分別得 到高通濾波值和低通濾波值；
[0021] 數(shù)據(jù)計(jì)算模塊，用于計(jì)算得到化工生產(chǎn)裝置的穩(wěn)態(tài)判據(jù)值和當(dāng)前穩(wěn)態(tài)值；
[0022] 判斷模塊，用于依據(jù)穩(wěn)態(tài)判據(jù)值和當(dāng)前穩(wěn)態(tài)值，判斷化工生產(chǎn)裝置處于穩(wěn)定運(yùn)行 狀態(tài)或非穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。
[0023] 本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)無法快速識(shí)別化工生產(chǎn)裝置從正常運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)入故障運(yùn) 行狀態(tài)后由于運(yùn)行機(jī)理的變化，所導(dǎo)致觀測數(shù)據(jù)的特征變化。由于目前化工生產(chǎn)過程觀測 變量多、采樣周期短、采集數(shù)據(jù)維數(shù)大，因此，在利用觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行裝置運(yùn)行穩(wěn)定性評估時(shí)， 需要同時(shí)考慮變量之間的相關(guān)性、變量在時(shí)序上的相關(guān)性，因此，本發(fā)明通過對關(guān)鍵工藝控 制點(diǎn)的選取及權(quán)限的分配，按照變量的變化對化工生產(chǎn)裝置穩(wěn)定性的影響程度來分配權(quán)重 系數(shù)，實(shí)現(xiàn)了綜合性的、全面的評價(jià)化工生產(chǎn)裝置的運(yùn)行狀態(tài)，從而能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控過程的運(yùn) 行狀態(tài)、及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并診斷故障源，對提高生產(chǎn)過程的安全性和可靠性有重要意義，為實(shí) 現(xiàn)"安穩(wěn)長滿優(yōu)"這一石油化工等連續(xù)生產(chǎn)過程的重要運(yùn)行目標(biāo)提供了重要的技術(shù)手段。
【附圖說明】
[0024] 圖1給出了現(xiàn)有技術(shù)中化工生產(chǎn)裝置生產(chǎn)流程的示意圖；
[0025] 圖2給出了本發(fā)明快速判斷化工生產(chǎn)裝置的運(yùn)行穩(wěn)定性的方法的主要步驟和裝 置的主要構(gòu)成；
[0026] 圖3給出了本發(fā)明的方法和裝置的優(yōu)選實(shí)施例；以及
[0027] 圖4給出了本發(fā)明的方法的又一優(yōu)選實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 以下對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明，但是本發(fā)明可以由權(quán)利要求限定和覆蓋的 多種不同方式實(shí)施。
[0029] 作為本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明提供了一種快速判斷化工生產(chǎn)裝置的運(yùn)行穩(wěn)定性 的方法，參見圖1所示。該方法具體包括以下步驟：
[0030] 數(shù)據(jù)獲取步驟S102和權(quán)重分配步驟SlOl，分別為：數(shù)據(jù)獲取步驟S102,獲取化工 生產(chǎn)裝置所有的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)；權(quán)重分配步驟S101，根據(jù)化工生產(chǎn)裝置的生產(chǎn)要求選取關(guān) 鍵工藝控制點(diǎn)，為每個(gè)關(guān)鍵工藝控制點(diǎn)分別分配權(quán)重；
[0031] 數(shù)據(jù)采集步驟S103,從所有的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)中，采集化工生產(chǎn)裝置在正常運(yùn)行狀 態(tài)下各關(guān)鍵工藝控制點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)作為穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)，采集化工生產(chǎn)裝置在異常運(yùn)行狀態(tài) 下各關(guān)鍵工藝控制點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)作為非穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)；
[0032] 穩(wěn)態(tài)判據(jù)計(jì)算步驟S104,依據(jù)各關(guān)鍵工藝控制點(diǎn)的權(quán)重、穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)和非穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)， 計(jì)算得到化工生產(chǎn)裝置的穩(wěn)態(tài)判據(jù)值；
[0033] 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)獲取步驟S105,獲取化工生產(chǎn)裝置的關(guān)鍵工藝控制點(diǎn)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)數(shù) 據(jù)；
[0034] 數(shù)據(jù)濾波步驟S106,對實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)分別進(jìn)行在線高通濾波和低通濾波，分 別得到高通濾波值和低通濾波值；
[0035] 當(dāng)前穩(wěn)態(tài)值計(jì)算步驟S107,依據(jù)各關(guān)鍵工藝控制點(diǎn)的權(quán)重、高通濾波值和低通濾 波值，計(jì)算得到當(dāng)前穩(wěn)態(tài)值；
[0036] 穩(wěn)定性判斷步驟S108,依據(jù)穩(wěn)態(tài)判據(jù)值和當(dāng)前穩(wěn)態(tài)值，判斷化工生產(chǎn)裝置處于穩(wěn) 定運(yùn)行狀態(tài)或非穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。
[0037] 在本發(fā)明的實(shí)施方式中，數(shù)據(jù)獲取步驟S102和權(quán)重分配步驟SlOl執(zhí)行的先后順 序沒有嚴(yán)格的要求，圖1給出的優(yōu)選實(shí)施例中，先執(zhí)行權(quán)重分配步驟S101，是因?yàn)榛どa(chǎn)