多模態(tài)化工過(guò)程動(dòng)態(tài)多點(diǎn)故障監(jiān)測(cè)方法

胡瑾秋， 羅 靜， 郭 放

(中國(guó)石油大學(xué)(北京) 油氣資源與工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 機(jī)械與儲(chǔ)運(yùn)工程學(xué)院， 北京 102249)

實(shí)際生產(chǎn)中，多模態(tài)化工過(guò)程除了可能存在非高斯特性以外，還會(huì)受到環(huán)境和操作干擾，產(chǎn)生噪聲。當(dāng)生產(chǎn)過(guò)程處于不同生產(chǎn)模態(tài)時(shí)，正常的過(guò)程數(shù)據(jù)的均值、方差和相關(guān)關(guān)系等特征變量會(huì)出現(xiàn)較大的波動(dòng)。目前，在多模態(tài)化工過(guò)程監(jiān)測(cè)領(lǐng)域應(yīng)用最多的是多元統(tǒng)計(jì)過(guò)程故障監(jiān)測(cè)技術(shù)[1]。多元統(tǒng)計(jì)方法不需要根據(jù)過(guò)程機(jī)理建立復(fù)雜模型，并且可以降低數(shù)據(jù)維度。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者也開展了相應(yīng)的研究，主要分為以下兩類：基于主元分析方法的技術(shù)和基于獨(dú)立成分分析方法的技術(shù)。大多針對(duì)多模態(tài)化工過(guò)程的特點(diǎn)采取主元分析與其他方法相結(jié)合的手段對(duì)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控。盧春紅等[2]采用主元分析結(jié)合核函數(shù)的方法處理高斯數(shù)據(jù)的非線性問(wèn)題，從概率角度刻畫數(shù)據(jù)集的多個(gè)局部分量特征，在提取的核主元分量?jī)?nèi)獲得測(cè)試樣本的后驗(yàn)概率，結(jié)合貝葉斯推理進(jìn)行故障檢測(cè)。Zhang等[3]采用遞歸核主元分析法應(yīng)用于連續(xù)退火工藝的動(dòng)態(tài)過(guò)程監(jiān)測(cè)，能夠有效地監(jiān)測(cè)出過(guò)程故障。部分學(xué)者用主元分析結(jié)合聚類算法和奇異值識(shí)別算法來(lái)解決過(guò)程的多模態(tài)問(wèn)題[4-8]?；讵?dú)立成分分析方法的技術(shù)，主要處理過(guò)程的非高斯問(wèn)題，也與其他方法結(jié)合處理多模態(tài)過(guò)程中的其他問(wèn)題。趙小強(qiáng)等[9]采用獨(dú)立成分分析(Independent component analysis, ICA)結(jié)合核函數(shù)解決非高斯數(shù)據(jù)的非線性問(wèn)題，進(jìn)行化工過(guò)程的故障檢測(cè)。還有一些將ICA[10]結(jié)合聚類算法、奇異值算法和其他方法解決過(guò)程的多模態(tài)問(wèn)題[11-15]。

然而，雖然已有的多元統(tǒng)計(jì)監(jiān)測(cè)方法解決了多模態(tài)化工過(guò)程的非高斯性，但是這些方法均采用靜態(tài)控制限對(duì)統(tǒng)計(jì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，魯棒性差，會(huì)因噪聲產(chǎn)生誤報(bào)。因此，針對(duì)上述問(wèn)題，筆者提出多模態(tài)化工過(guò)程動(dòng)態(tài)多點(diǎn)故障監(jiān)測(cè)方法?；诹Ｗ尤簝?yōu)化的ICA算法和自回歸(Autoregressive, AR)模型構(gòu)造不同平穩(wěn)過(guò)程的非高斯監(jiān)測(cè)模型，計(jì)算平穩(wěn)過(guò)程的單點(diǎn)監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)量和多點(diǎn)異常統(tǒng)計(jì)量?；诹Ｗ尤簝?yōu)化的ICA算法構(gòu)造過(guò)渡過(guò)程的非高斯監(jiān)測(cè)模型。平穩(wěn)過(guò)程和過(guò)渡過(guò)程均采用動(dòng)態(tài)控制限實(shí)施監(jiān)控。案例分析中，分別將傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)量控制限求解方法3σ法與動(dòng)態(tài)多點(diǎn)監(jiān)測(cè)方法應(yīng)用到丙烯計(jì)量罐裝置進(jìn)行對(duì)比。

1 動(dòng)態(tài)多點(diǎn)故障監(jiān)測(cè)方法基本理論

1.1 AR模型

為了解決多模態(tài)化工過(guò)程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的非高斯性和高維度，引入粒子群優(yōu)化的ICA算法來(lái)計(jì)算不同過(guò)程模態(tài)的非高斯統(tǒng)計(jì)量，基于非高斯統(tǒng)計(jì)量建立平穩(wěn)過(guò)程AR監(jiān)測(cè)模型。AR模型要求時(shí)間序列{Xt}趨勢(shì)平穩(wěn)、均值為0。AR模型是p階自回歸模型，記為AR(p)，其中p是模型的階數(shù)，N是時(shí)間窗寬，如公式(1)所示。

Xt=φ1Xt-1+φ2Xt-2+…+φpXt-p+εt

(1)

式中：φ1,φ2,…,φp是AR(p)的自回歸系數(shù)，εt是均值為0、方差為σ2的獨(dú)立同分布高斯隨機(jī)白噪聲。AR模型的階數(shù)p與窗口N滿足約束條件：

0≤p≤0.1N

(2)

(3)

(4)

(5)

1.2 單點(diǎn)監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)量

參考網(wǎng)絡(luò)流量異常定義準(zhǔn)則，用觀測(cè)值與AR模型預(yù)測(cè)值的殘差來(lái)定義化工過(guò)程異常，而過(guò)程的最終監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)量則采用單點(diǎn)監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)量和多點(diǎn)異常統(tǒng)計(jì)量。

(1)殘差e

定義零均值化后的觀測(cè)值序列為{…,x(t+1),x(t+2),x(t+3),…}，由AR模型擬合所得的預(yù)測(cè)值序列為{…,y(t+1),y(t+2),y(t+3),…}，那么，殘差序列{…,e(t+1),e(t+2),e(t+3),…}按照下式計(jì)算：

e(t+i)=x(t+i)-y(t+i)

(6)

(2)單點(diǎn)監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)量W

(7)

其中，ξ2=(e2(t+1)+e2(t+2)+…+e2(t+N+1))/(N+1)。通過(guò)單點(diǎn)監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)量W(t+N+1)判斷預(yù)測(cè)值y(t+N+1)是否正常，當(dāng)W(t+N+1)>U(t+N+1)時(shí)，y(t+N+1)是異常的，否則，y(t+N+1)是正常的。U(t+N+1)代表單點(diǎn)監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)量W(t+N+1)在t+N+1時(shí)刻的控制限，數(shù)值由下式計(jì)算：

U(t+N+1)=μ+k×σ

(8)

其中，μ和σ分別是正常歷史觀測(cè)值對(duì)應(yīng)的殘差正序列的均值和標(biāo)準(zhǔn)差，k取值為2或3，初值為2。若前一時(shí)刻的預(yù)測(cè)值y(t+N)被判斷為正常狀態(tài)，則令當(dāng)前時(shí)刻k=2。當(dāng)y(t+N)指示異常時(shí)，為了減少過(guò)程干擾產(chǎn)生的誤判，此時(shí)令k=3，即適當(dāng)降低檢測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 多點(diǎn)異常統(tǒng)計(jì)量

多模態(tài)化工過(guò)程由于其自身的復(fù)雜特性和員工的頻繁操作，即使處于正常狀態(tài)，過(guò)程檢測(cè)點(diǎn)數(shù)值也有可能具有短暫的較大波動(dòng)?；み^(guò)程異常時(shí)，不會(huì)只有某個(gè)孤立的檢測(cè)點(diǎn)異常，勢(shì)必會(huì)引發(fā)鏈?zhǔn)叫?yīng)。因此，為了確保有效報(bào)警率，有必要設(shè)置多點(diǎn)異常統(tǒng)計(jì)量λ，根據(jù)多個(gè)連續(xù)檢測(cè)點(diǎn)的異常情況來(lái)判定是否需要報(bào)警。定義λ為當(dāng)前檢測(cè)點(diǎn)距離前一個(gè)異常檢測(cè)點(diǎn)的時(shí)間間隔a和一定時(shí)間內(nèi)異常發(fā)生次數(shù)的函數(shù)。在一定時(shí)間內(nèi)，過(guò)程發(fā)生異常的次數(shù)越多，λ值越大，過(guò)程異常程度越大。記λt為檢測(cè)點(diǎn)在單點(diǎn)時(shí)刻t的異常統(tǒng)計(jì)量，初值為0。在初次檢測(cè)到異常發(fā)生時(shí)，根據(jù)單點(diǎn)監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)量超出控制限的部分計(jì)算λt和λ，如式(9)和式(10)所示：

λt=W(t+N+1)-U(t+N+1),

W(t+N+1)>U(t+N+1)

(9)

(10)

當(dāng)多點(diǎn)異常統(tǒng)計(jì)量λ超過(guò)其控制限Uλ，說(shuō)明在當(dāng)前時(shí)間窗口中有多個(gè)連續(xù)的檢測(cè)點(diǎn)發(fā)生異常，報(bào)告異常發(fā)生。λ的控制限Uλ為發(fā)生異常的點(diǎn)數(shù)n與k=3時(shí)的單點(diǎn)監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)量控制限的積，計(jì)算如下式：

Uλ=n×(μ+3σ)

(11)

為避免誤報(bào)警，需進(jìn)一步計(jì)算多點(diǎn)異常統(tǒng)計(jì)量λ來(lái)判斷異常。增大k值，減小λt，放緩多點(diǎn)異常統(tǒng)計(jì)量λ的增長(zhǎng)。如果有2個(gè)以上連續(xù)相鄰的點(diǎn)的單點(diǎn)異常統(tǒng)計(jì)量λt超過(guò)閾值，會(huì)造成多點(diǎn)異常統(tǒng)計(jì)量λ以2倍指數(shù)的形式呈現(xiàn)爆炸式增長(zhǎng)，并迅速越過(guò)報(bào)警限。如果沒(méi)有連續(xù)異常點(diǎn)出現(xiàn)，單點(diǎn)監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)量W(t+N+1)必須遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出閾值，λ才會(huì)越過(guò)控制限。若單點(diǎn)異常統(tǒng)計(jì)量λt不大，且相鄰的點(diǎn)沒(méi)有檢測(cè)到異常，則多點(diǎn)異常統(tǒng)計(jì)量λ會(huì)隨著時(shí)間的推移逐漸遞減為0。

2 動(dòng)態(tài)多點(diǎn)故障監(jiān)測(cè)方法

針對(duì)目前多元統(tǒng)計(jì)監(jiān)測(cè)方法中所采用的統(tǒng)計(jì)量靜態(tài)控制限、魯棒性差、易因噪聲產(chǎn)生誤報(bào)的問(wèn)題，提出多模態(tài)化工過(guò)程動(dòng)態(tài)多點(diǎn)故障監(jiān)測(cè)方法?；谧曰貧w(Autoregressive, AR)模型和粒子群優(yōu)化的ICA算法，構(gòu)造平穩(wěn)模態(tài)的單點(diǎn)監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)量和多點(diǎn)異常統(tǒng)計(jì)量，建立起平穩(wěn)模態(tài)的非高斯監(jiān)測(cè)模型?；诹Ｗ尤簝?yōu)化的ICA算法構(gòu)造過(guò)渡模態(tài)的非高斯監(jiān)測(cè)模型，平穩(wěn)模態(tài)監(jiān)測(cè)模型和過(guò)渡模態(tài)監(jiān)測(cè)模型均采用動(dòng)態(tài)監(jiān)控策略，實(shí)現(xiàn)在線故障監(jiān)測(cè)。以Hotelling’s T2統(tǒng)計(jì)量為例展示動(dòng)態(tài)多點(diǎn)故障監(jiān)測(cè)方法的具體步驟，平方預(yù)測(cè)誤差(Squared Prediction Error, SPE)統(tǒng)計(jì)量同樣適用于該方法。

2.1 離線建模

步驟1：挑選模型訓(xùn)練數(shù)據(jù)。對(duì)多模態(tài)化工過(guò)程變量的正常歷史數(shù)據(jù)做Lilliefors test正態(tài)性檢驗(yàn)，由檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)挑出n個(gè)非高斯變量，如表1所示。取這n個(gè)非高斯變量的M個(gè)時(shí)刻的正常歷史數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練樣本X∈Rn×M；

表1 正態(tài)分布檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Normal inspection standards

步驟2：模態(tài)劃分。用模糊C均值(Fuzzy C-means, FCM)算法將訓(xùn)練樣本x離線劃分為c個(gè)不同的平穩(wěn)模態(tài)和c-1個(gè)過(guò)渡過(guò)程；

(12)

(13)

2.2 在線監(jiān)測(cè)

Us,i(k)=μei+d1×σei

(14)

步驟5：判斷單點(diǎn)監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)量Wi(k)超限與否。若Wi(k)>Us,i(k)，d1=3，則繼續(xù)步驟8；否則，d1=2，λi(k)=0，k=k+1，返回步驟1。

步驟6：根據(jù)式(9)和(10)計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻的多點(diǎn)異常統(tǒng)計(jì)量λi(k)，并剔除當(dāng)前觀測(cè)值。

步驟7：根據(jù)式(11)計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻多點(diǎn)異常統(tǒng)計(jì)量控制限Uλ,i(k)。

步驟8：判斷多點(diǎn)異常統(tǒng)計(jì)量λi(k)超限與否。若λi(k)>Uλ,i(k)，則報(bào)告異常發(fā)生，ni=ni+1；否則，k=k+1，返回步驟1。

步驟9：根據(jù)式(15)計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻過(guò)渡過(guò)程統(tǒng)計(jì)量控制限Ut(k)

Ut(k)=μt(k)+d2×σt(k)

(15)

2.3 方法流程圖

圖1為動(dòng)態(tài)多點(diǎn)故障監(jiān)測(cè)方法步驟圖。

3 案例分析

丙烯投料計(jì)量控制系統(tǒng)的作用是準(zhǔn)確計(jì)量投入聚合釜中的丙烯量，為聚合反應(yīng)控制提供前提，如圖2所示。平時(shí)丙烯經(jīng)氣動(dòng)三通球閥直接回丙烯中間罐循環(huán)，由可編程控制器控制氣動(dòng)三通球閥進(jìn)行投放料。丙烯投料計(jì)量控制系統(tǒng)的監(jiān)控變量如表2所示。

每5 s采集1組數(shù)據(jù)，每種狀態(tài)下各采集537組數(shù)據(jù)。過(guò)程運(yùn)行狀態(tài)描述：(1)正常狀態(tài)下，前1020 s，進(jìn)料壓力PI6113控制在1.7 MPa以內(nèi)，進(jìn)料流量FT6101控制在0.01 t/h，其他變量保持穩(wěn)定，過(guò)程處于平穩(wěn)狀態(tài)。在第1025 s到1760 s，調(diào)小進(jìn)料流量FT6101，使其他變量發(fā)生變化，過(guò)程處于過(guò)渡狀態(tài)。在1765 s以后，進(jìn)料流量FT6101控制在(10.65±0.35) t/h，過(guò)程再次處于平穩(wěn)狀態(tài)。(2)故障狀態(tài)下，前1270 s與正常狀態(tài)同樣的操作條件，第1275 s至第1430 s，進(jìn)料閥門開度過(guò)大，進(jìn)料流量FT6101大幅升高，經(jīng)調(diào)節(jié)進(jìn)料閥門開度，在第1495 s過(guò)程恢復(fù)正常狀態(tài)。

圖1 動(dòng)態(tài)多點(diǎn)故障監(jiān)測(cè)方法步驟Fig.1 Dynamic multi-point fault monitoring method steps

圖2 丙烯投料計(jì)量控制點(diǎn)流程圖Fig.2 Propylene feed metering control point flow chart

3.1 動(dòng)態(tài)多點(diǎn)故障監(jiān)測(cè)方法

挑選正常狀態(tài)下所有監(jiān)測(cè)變量的537組數(shù)據(jù)作為監(jiān)測(cè)模型的訓(xùn)練樣本X∈R5×537，537組故障數(shù)據(jù)作為測(cè)試樣本Test∈R5×537。用FCM算法將訓(xùn)練數(shù)據(jù)劃分為2個(gè)平穩(wěn)模態(tài)和1個(gè)過(guò)渡過(guò)程(如圖3所示)，并針對(duì)不同模態(tài)的訓(xùn)練數(shù)據(jù)分別建立各個(gè)模態(tài)下的動(dòng)態(tài)多點(diǎn)故障監(jiān)測(cè)非高斯模型。

圖3 模態(tài)劃分結(jié)果Fig.3 Result of mode division

采用事先建立的故障監(jiān)測(cè)模型來(lái)監(jiān)測(cè)測(cè)試樣本數(shù)據(jù)，并繪制監(jiān)測(cè)曲線，如圖4、圖5和圖6所示。圖4(a)為平穩(wěn)模態(tài)1的Hotelling’s T2單點(diǎn)監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)量監(jiān)測(cè)曲線。可以看出，曲線在第765 s至第880 s間有較大波動(dòng)，在個(gè)別點(diǎn)控制限有所提高，但在第840 s和第860 s仍有數(shù)據(jù)超過(guò)控制限，這兩點(diǎn)是連續(xù)異常點(diǎn)，初步判斷此時(shí)系統(tǒng)異常。圖4(b)為平穩(wěn)模態(tài)1的Hotelling’s T2多點(diǎn)異常統(tǒng)計(jì)量監(jiān)測(cè)曲線，只有在第840 s和第860 s，多點(diǎn)異常統(tǒng)計(jì)量有數(shù)值，但均未超過(guò)控制限。故平穩(wěn)模態(tài)1的Hotelling’s T2監(jiān)測(cè)結(jié)果為全過(guò)程處于正常狀態(tài)。圖4(c)是平穩(wěn)模態(tài)1的SPE單點(diǎn)監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)量監(jiān)測(cè)曲線，可以看出，曲線隨著時(shí)刻增長(zhǎng)隨機(jī)波動(dòng)，整體上無(wú)明顯趨勢(shì)?？刂葡迶?shù)值幾乎固定在2.7，只有在第740 s、第870 s和第970 s控制限數(shù)值稍有提高，但無(wú)數(shù)據(jù)點(diǎn)超過(guò)控制限，系統(tǒng)全過(guò)程處于正常狀態(tài)。

圖4 平穩(wěn)模態(tài)1的監(jiān)測(cè)結(jié)果Fig.4 Monitoring results of the stationary mode 1(a) Hotelling’s T2 single point monitoring statistic; (b) Hotelling’s T2 multiple points anomaly statistic; (c) SPE single point monitoring statistic

圖5(a)為過(guò)渡過(guò)程的Hotelling’s T2統(tǒng)計(jì)量監(jiān)測(cè)曲線。可以看出，前1270 s曲線隨著時(shí)刻增長(zhǎng)有下滑趨勢(shì)，在第1275 s發(fā)生階躍式增長(zhǎng)，并越過(guò)動(dòng)態(tài)控制限，系統(tǒng)出現(xiàn)異常，在第1465 s發(fā)生突降，回落至動(dòng)態(tài)控制限以下，此后的過(guò)渡階段曲線趨于平穩(wěn)。圖5(b)為過(guò)渡過(guò)程的SPE統(tǒng)計(jì)量監(jiān)測(cè)曲線?？梢钥闯?，前1270 s曲線隨著時(shí)刻增長(zhǎng)有小幅隨機(jī)波動(dòng)，在第1275 s越過(guò)動(dòng)態(tài)控制限，系統(tǒng)出現(xiàn)異常，在第1465 s發(fā)生突降，回落至動(dòng)態(tài)控制限以下，此后的過(guò)渡階段曲線在動(dòng)態(tài)控制限以下維持小幅波動(dòng)。

圖5 過(guò)渡模態(tài)監(jiān)測(cè)結(jié)果Fig.5 Transition mode monitoring results(a) Hotelling’s T2 statistic; (b) The SPE statistic

圖6(a)為平穩(wěn)模態(tài)2的Hotelling’s T2單點(diǎn)監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)量監(jiān)測(cè)曲線?？梢钥闯觯€在第1865 s至第2530 s間雖有波動(dòng)，但整體趨勢(shì)較平穩(wěn)。在第2535 s，統(tǒng)計(jì)量數(shù)值略微增長(zhǎng)，此后維持小幅隨機(jī)波動(dòng)。在第2435 s和第2655 s，曲線存在突然增長(zhǎng)點(diǎn)，控制限也相應(yīng)提高。除了這兩點(diǎn)，整個(gè)平穩(wěn)模態(tài)2，控制限幾乎保持平穩(wěn)，而Hotelling’s T2單點(diǎn)監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)量沒(méi)有超過(guò)控制限，系統(tǒng)處于正常狀態(tài)。圖6(b)為平穩(wěn)模態(tài)2的SPE單點(diǎn)監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)量監(jiān)測(cè)曲線?？梢钥闯?，曲線隨著時(shí)刻增長(zhǎng)上下大幅波動(dòng)，沒(méi)有明顯趨勢(shì)。在第2565 s至第2595 s間有個(gè)別點(diǎn)波動(dòng)較大，控制限也相應(yīng)提高。過(guò)程的所有數(shù)據(jù)點(diǎn)均未超過(guò)控制限，說(shuō)明系統(tǒng)維持在正常狀態(tài)。另外，平穩(wěn)模態(tài)2無(wú)連續(xù)異常點(diǎn)出現(xiàn)，故多點(diǎn)異常統(tǒng)計(jì)量始終為0。

圖6 平穩(wěn)模態(tài)2的監(jiān)測(cè)結(jié)果Fig.6 Monitoring results of the stationary mode 2(a) Hotelling’s T2 single point monitoring statistic; (b) SPE single points monitoring statistic

3.2 基于非高斯模型的3σ法

為了驗(yàn)證本文所提方法的有效性，與3σ法的監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)比。根據(jù)3σ法，統(tǒng)計(jì)量控制限為統(tǒng)計(jì)量均值與其3倍標(biāo)準(zhǔn)差的和。應(yīng)用3σ法監(jiān)測(cè)Hotelling’s T2統(tǒng)計(jì)量和SPE統(tǒng)計(jì)量，監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖7所示。

3.3 結(jié)果分析

將動(dòng)態(tài)多點(diǎn)故障監(jiān)測(cè)方法與傳統(tǒng)的基于非高斯模型的3σ法的誤報(bào)率和漏報(bào)率統(tǒng)計(jì)于表3。

圖7 3σ法監(jiān)測(cè)結(jié)果Fig.7 Monitoring results of 3σ(a) Hotelling’s T2 index of the whole process; (b) SPE index of the whole process; (c) Hotelling’s T2 index of transition process; (d) SPE index of transition process

MethodT2SPEFalse alarm rate/%False negative rate/%False alarm rate/%False negative rate/%Dynamic multi-point fault monitoring method0.190.191.120.743σmethod0.930.197.450.74

結(jié)果表明，2種方法的漏報(bào)率相同，但相比較基于非高斯模型的3σ法，動(dòng)態(tài)多點(diǎn)故障監(jiān)測(cè)方法的T2統(tǒng)計(jì)量和SPE統(tǒng)計(jì)量的誤報(bào)率分別降低了0.74百分點(diǎn)和6.33百分點(diǎn)。

4 結(jié) 論

(1) 針對(duì)傳統(tǒng)方法所采用的靜態(tài)控制限因不能排除噪聲的干擾而產(chǎn)生誤報(bào)警的問(wèn)題，提出多模態(tài)化工過(guò)程動(dòng)態(tài)多點(diǎn)故障監(jiān)測(cè)方法。用粒子群優(yōu)化的ICA算法計(jì)算不同過(guò)程模態(tài)的非高斯統(tǒng)計(jì)量，平穩(wěn)過(guò)程基于自回歸模型構(gòu)造非高斯統(tǒng)計(jì)量的單點(diǎn)監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)量和多點(diǎn)異常統(tǒng)計(jì)量，采用動(dòng)態(tài)控制限監(jiān)測(cè)，過(guò)渡過(guò)程直接采用動(dòng)態(tài)控制限對(duì)非高斯統(tǒng)計(jì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

(2) 案例分析中，將動(dòng)態(tài)多點(diǎn)監(jiān)測(cè)方法應(yīng)用到丙烯計(jì)量罐裝置，離線劃分過(guò)程模態(tài)，計(jì)算不同過(guò)程模態(tài)的非高斯統(tǒng)計(jì)量，構(gòu)造平穩(wěn)過(guò)程的單點(diǎn)監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)量和多點(diǎn)異常統(tǒng)計(jì)量，分別采用動(dòng)態(tài)控制限進(jìn)行平穩(wěn)模態(tài)和過(guò)渡模態(tài)的監(jiān)測(cè)。

(3) 結(jié)果表明，兩種方法的漏報(bào)率相同，但相比較基于非高斯模型的3σ法，動(dòng)態(tài)多點(diǎn)故障監(jiān)測(cè)方法的T2統(tǒng)計(jì)量和SPE統(tǒng)計(jì)量的誤報(bào)率分別降低了0.74百分點(diǎn)和6.33百分點(diǎn)。因此，新方法能夠提高多模態(tài)化工過(guò)程故障監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確率。

符號(hào)說(shuō)明：

a———時(shí)間間隔,s；

c——模態(tài)種類；

d1、d2——系數(shù)；

e——?dú)埐睿?/p>

f——樣本批次；

M——時(shí)刻，s；

m——過(guò)渡過(guò)程異常數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)；

N——時(shí)間窗寬度，s；

n——平穩(wěn)模態(tài)異常數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)；

p——模型階數(shù)；

t——時(shí)間，s；

U——監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)量控制限；

W——單點(diǎn)監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)量；

X——時(shí)間序列矩陣；

xt——訓(xùn)練樣本；

Y——模型預(yù)測(cè)序列；

y——預(yù)測(cè)樣本；

εt——白噪聲；

φi——模型系數(shù)；

σ——標(biāo)準(zhǔn)差；

λ——多點(diǎn)異常統(tǒng)計(jì)量；

μ——均值。