复杂化工过程故障诊断及其根源分析关键技术研究
批准号:
62073022
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
贺彦林
依托单位:
学科分类:
控制理论与技术
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
贺彦林
中文摘要
化工行业是国民经济的支柱产业之一,其规模和产量日益增加,但生产过程故障频发导致事故,造成了严重的人员伤亡和财产损失,因此,有效处理过程故障,保障化工企业安全、稳定生产刻不容缓。故障诊断技术是处理过程故障的有效途径。本项目针对流行学习小样本问题,研究提出基于“量”改进和“质”改进的流行学习新方法,提升其判别能力,更有效地提取过程故障特征信息;针对单一分类器诊断精度低的问题,提出基于Adaboost同质集成和异质集成的多故障诊断新方法;针对传统贝叶斯网络结构学习效率低和易于过拟合的问题,研究提出改进模块化贝叶斯网络新模型,借鉴“分布式”策略,并引入新型评分函数和惩罚项,避免过拟合,提高结构学习效率,形成更高效的模块化贝叶斯网络模型用于故障根源分析。最后,采用田纳西-伊斯曼仿真平台和工业应用案例,验证本项目所提方法的有效性与可行性,为保障复杂化工生产过程安全、稳定提供可靠的技术支持。
英文摘要
The chemical industry is one of the pillar industries of the national economy. The scale and the yields of chemical processes have been increasing. However, frequent process faults may lead to accidents, causing serious casualties and property losses. Therefore, it is urgent to effectively handle process faults for ensuring the safe and stable production of chemical companies. The fault diagnosis technology is an effective way to deal with process faults. In this project, to solve the small sample problem of manifold learning, improved manifold learning methods based on "quantity" improvement and "quality" improvement are studied and proposed; as a result, the discriminating ability is enhanced and the process fault feature information can be extracted more effectively. To improve the diagnosis accuracy of a single classifier, homogeneous and heterogeneous ensemble models based on Adaboost are proposed for multi-fault diagnosis. In traditional Bayesian networks, the efficiency of the structure learning is low and the learning process is easy to be over-fitting. To deal with these problems, a novel and improved modular Bayesian network is studied and proposed. By drawing on the distributed strategy and introducing new scoring functions and penalties, the learning efficiency is accelerated and the overfitting problem is avoided. Thus, a more efficient modular Bayesian network model can be established for root cause analysis. Finally, case studies based on the Tennessee-Eastman simulation platform and real-plant implementation are carried out to verify the effectiveness and feasibility of the proposed methods in this project. This project aims at providing reliable technical support for ensuring the safety and stability of complex chemical production processes.
本项目旨在解决化工工业生产中的安全问题,特别是复杂化工过程中的故障诊断及根源分析。项目的研究工作根据计划顺利开展,主要包括三个研究方向:复杂化工过程故障诊断技术、新型报警优化与根源分析技术以及关键变量检测与工业软测量技术。.首先,针对化工过程中的故障诊断问题,提出了若干基于改进的流形学习和深度学习等数据驱动方法的新型故障诊断技术。这些新型故障诊断方法显著提高了故障类型的诊断精度,为化工生产过程的安全运行提供了强有力的技术支持。其次,在报警优化与根源分析领域,围绕统计学习、贝叶斯网络和因果分析等方法,深入探讨了技术难点,提出了若干高精度、可靠性强的报警优化与根源分析新技术。这些新型报警优化和根源分析方法能够减少误报率和漏报率,并有效分析故障根源,为化工过程中的异常情况提供了快速响应的解决方案。最后,将研究延伸到工业软测量领域,基于神经网络和深度学习等技术,提出若干基于数据驱动方法的高精度新型软测量模型。这些新型软测量模型为过程监测提供了可靠的过程变量数据,有助于提升生产过程的安全性和效率。通过典型的化工生产过程案例(如高密度聚乙烯生产过程、精对苯二甲酸生产过程及Tennessee-Eastman过程等)验证了所提方法的有效性可可靠性。本项目研究成果为复杂化工过程故障诊断及根源分析提供了切实可行的技术方案,并推动了智能化诊断技术在化工领域的应用与发展。.在研究目标方面,不仅按时完成了各项研究任务,还超额完成了预期目标,成功提出并实现了解决复杂化工过程故障诊断及根源分析问题的系列新理论与方法,建立了具有创新性的智能过程故障诊断模型。研究成果在化工过程的安全运营中具有重要的技术意义。在学术成果方面也取得了显著成效,共发表了58篇学术论文,其中38篇为SCI论文,20篇为EI会议论文,申请和授权3项发明专利。此外,在人才培养方面也取得了显著进展,联合培养了2名博士生,独立培养了4名硕士生,另有12名硕士生和3名博士生在读。课题组成员还积极参与国内外学术交流,提升了团队的国际视野与学术影响力,为后续研究开辟了新的思路和方向。总体而言,本项目在化工过程故障诊断、报警优化与根源分析、关键变量检测及工业软测量等方面取得了创新性成果,对化工行业的智能化安全管理具有重要的理论意义与应用价值。
基于VSG及ELM的复杂石化过程智能建模方法研究
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批准号:61703027
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:24.0万元
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批准年份:2017
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负责人:贺彦林
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依托单位:
国内基金
海外基金