一种煤化工间歇过程的管理方法、系统及计算机可读存储介质

1.本发明涉及煤化工与自动控制领域，尤其涉及一种煤化工间歇过程的管理方法、系统及计算机可读存储介质。


背景技术：

2.在煤化工生产应用过程中，涉及的多个反应步骤中包含的间歇过程存在工序多阶段、模态多并存的特殊情况，在配煤炼焦过程中，部分中间物与反应物的制备环节为间歇过程，间歇过程不同阶段的变化性较强，如果没有对间歇过程进行有效的监测和控制，必然会导致不同批次生产的反应物或中间物的质量不高，严重的情况下会导致生产安全事故的出现。由于间歇的监控具有较强的动态性，非线性的变化特点导致难以通过宏观监测手段对生产环节进行监测。
3.现有技术中，cn113420815a公开了一种半监督rsdae的非线性pls间歇过程监测方法，通过建立半监督鲁棒稀疏深度自编码网络rsdae从高维、含噪、稀疏数据集抽取低维数据特征，并构建pls模型精确预测间歇过程可能存在的隐患以及实际问题。再例如，cn109828552b公开了一种基于宽度学习系统的间歇过程故障监测与诊断方法，该技术手段通过自适应建立神经网络监测模型的方式，从在线和离线两个角度进行精确检测。上述技术方案无法解决多操作模态与批次内的质量控制问题，而且由于可调参数的多样性变化容易导致反应阶段评估不准确的问题产生。因此，现有技术有必要进一步改进。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明提供了一种煤化工间歇过程的管理方法。该方法应用于第一反应物和第二反应物混合炼焦的间歇过程，通过对煤化工间歇过程进行有效划分，确定第一反应物和第二反应物在生产阶段的控制门限值，经过迭代优化更新相关参数，识别对应反应阶段内当前反应状态是否正常。进一步的，本发明还提供了一种用于实现煤化工间歇过程管理方法的系统及计算机可读存储介质。
5.本技术的发明目的通过以下技术手段实现：一种煤化工间歇过程的管理方法，包括以下步骤：步骤1：将第一反应物加入炭化室中，反应的间歇过程t1包含k1个子过程，在间歇过程t1中设置m个第一检查点；步骤2：控制单元设定起始因子λ=1，设定起始时刻k=1，记录多个采样周期内第一传感器的第一参数f1，计算采样周期结束后的第一阈值β1；步骤3：将第二反应物加入炭化室中，反应的间歇过程t2包括k2个过程，在间歇过程t2中设置n个第二检查点；步骤4：控制单元记录炭化室内在第二检查点中第二传感器采集的第二参数f2，计算采样周期结束后的第二阈值β2；
步骤5：若满足β1≥λβ2，则进入步骤6，反之，存储单元更新k＇=k+
△
a，其中，
△
a为时刻更新迭代的步长，并返回步骤2；步骤6：时刻k＇之前的间歇过程t1为非间歇期，该非间歇期内的统计量为us，时刻k＇之后的间歇过程t2为间歇期，该间歇期内的统计量为ud；步骤7：若统计量us的最大值u
s(max)
≤β1，且统计量ud的最大值u
d(max) ≤β2，进入步骤8，反之，则指示器预警；步骤8：第一反应物与第二反应物进入焦炉。
6.在本发明中，第一参数f1至少包括第一反应物的温度、氧气浓度。
7.在本发明中，第二参数f2至少包括第二反应物的炉门烟尘浓度、炉侧压力。
8.在本发明中，第一阈值β1与第二阈值β2分别是负载矩阵p
t1
(i,j)、负载矩阵p
t2
(i,j)主成分数量的卡方分布计算结果。
9.在本发明中，统计量us为各个第一检查点所得到的第一参数的集合为负载矩阵p
t1
(i,j)与负载矩阵p
t2
(i,j)之间的距离h1(d)，统计量ud为各个第二检查点所得到的第二参数的集合在负载矩阵p
t2
(i,j)与负载矩阵p
t1
(i,j)之间的距离h2(d)。
10.在本发明中，在k时刻之前的第一检查点下，负载矩阵p
t1
(i,j)与p
t2
(i,j)之间的距离h1(d)，，负载矩阵p
t2
(i,j)与p
t1
(i,j)之间的距离h2(d)，其中，t1与t2表示不同的第一检查点，t1,t2∈[1,k]。
[0011]
一种用于实现煤化工间歇过程的管理方法的管理系统，包括：炭化室、控制单元、存储单元、第一传感器、第二传感器，指示器，焦炉，炭化室用于将第一反应物与第二反应物的混合反应；第一传感器根据第一检查点记录炭化室中反应过程的第一参数；第二传感器根据第二检查点记录炭化室中反应过程的第二参数；控制单元用于记录第一传感器与第二传感器采集的第一参数与第二参数；存储单元记录有间歇过程的各个反应状态，能够修改起始因子λ、起始时刻k的参数值；指示器为具有中断特性的定时电路组成，在触发时，发出提出音报警；焦炉用于接收第一反应物与第二反应物。
[0012]
实施本发明的煤化工间歇过程的管理方法、系统及计算机可读存储介质，具有以下有益效果：通过煤化工间歇过程中的两个反应阶段进行动态建模，优化传感器监测得到的参数信息，并根据参数的变化与操作过程寻找最佳的最优化的在线监测方法，减少了由于同一设备中第一反应物与第二反应物混合过程中在线监测中所存在的重复性较差的问题。此外，运用本发明所述的监控方法与系统，提高了不同生产批次之间的衔接性，侧面提高了配煤炼焦的生产效率。
附图说明
[0013]
图1为本发明的煤化工间歇过程管理方法的流程图。
[0014]
图2为本发明的煤化工间歇过程管理方法的管理系统的硬件框图。
实施方式
[0015]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0016]
在生产炼焦过程中，结焦时间相同的条件下，不同标准温度生产出来的焦炭质量存在一定的差异。在实际炼焦生产过程中，在同一个设备或者多个设备中进行加工，从而获取相对固定质量或批次产品的加工过程，由于物料反应过程中的温度细微变化、物料批次性质的改变、反应设备工况的改变，都会造成整体生产过程出现间歇过程。在煤化工实施的过程中，需要在有限持续时间的运行周期内循环多个自动化生产批次而获得批量的产品。
[0017]
不同煤种类实际生产的工艺不同，在设备工作状态恒定的条件下，为了实施的间歇过程进行在线监测，确定非间歇期与间歇期的时段划分点，在单个批次的生产周期内，当在线监测到间歇过程中统计量超过阈值的情况下，说明生产系统存在故障，需要及时停止生产过程。
实施例一
[0018]
本发明的煤化工间歇过程的管理方法，解决了煤化工间歇过程中参数改变对时段判定的影响，用于本实施例中第一反应物和第二反应物的生产环节中间歇过程的在线监测，具体实施步骤参照图1，包括以下步骤。
[0019]
步骤1：炭化室中安装有第一传感器与第二传感器，炭化室用于第二反应物和第一反应物的混合，经传送带称重后混合，并执行下一步生产过程。
[0020]
在本实施例中，第一传感器中包含多个传感器单元，具有多参数采样功能，任意一传感器单元中包含传感控制电路，传感控制电路由cmos电路与p型管构成，在高电平状态下截止，传感器不工作；低电平状态下导通，传感器第一工作。
[0021]
步骤2：将第一反应物加入炭化室中，将第一反应物加入炭化室中，反应的间歇过程t1包含k1个子过程，在间歇过程t1中设置m个第一检查点，在间歇过程t1执行完成之后，在各个第一检查点所记录的数据矩阵为k1×
m。
[0022]
步骤3：控制单元设定起始因子λ=1，设定起始时刻k=1，记录多个采样周期内第一传感器的第一参数f1，计算采样周期结束后的第一阈值β
1 。其中，第一参数f1至少包括第一反应物的温度、氧气浓度。
[0023]
步骤3：将第二反应物加入炭化室中，反应的间歇过程t2包括k2个过程，在间歇过程t2中设置n个第二检查点，在间歇过程t2执行完成之后，在各个第二检查点所记录的数据矩阵为k2×
n。
[0024]
步骤4：控制单元记录各个采样点炭化室内第二传感器采集的第二参数f2，计算采样周期结束后的第二阈值β2。其中，第二参数f2至少包括第二反应物的炉门烟尘浓度、炉侧压力。
[0025]
步骤5：若满足β1≥λβ2，则进入步骤6，反之，存储单元更新k＇=k+
△
a，其中，
△
a为时刻更新迭代的步长，并返回步骤3。
[0026]
特殊的，增加残差相关矩阵数量的依次添加能够保证本实施例所提取的第一参
数、第二参数在时刻k下具有同一的变量相关关系，若第一参数、第二参数在时刻k内具有相似特性，那么时刻k所构成的非稳态环节模型具有与第一参数、第二参数所构成的k时段模型有着相同的监测效果，满足β1≥λβ2，则能够根据监测统计量us与ud的变化推导非稳态环节的变化情况；若不满足β1≥λβ2，则需要返回步骤3进入下一时刻参与二次迭代，直至迭代到k＇时刻满足β1≥λβ2为止。
[0027]
在本实施例中，在k时刻之前的第一检查点下，负载矩阵p
t1
(i,j)与p
t2
(i,j)之间的距离h1(d)，，负载矩阵p
t2
(i,j)与p
t1
(i,j)之间的距离h2(d)，其中，t1与t2表示不同的第一检查点，t1,t2∈[1,k]。
[0028]
在本实施例中，以k时刻作为标准划分非间歇期与间歇期会受到起始因子的影响，若起始因子的选择偏大，变量相关关系存在差异的时刻无法划分到同一个时段内，导致时段划分的结果不具有参考价值；若起始因子选择偏小，导致变量相关关系在两个连续且相邻的两个时刻内划分不够精确，导致时段划分存在噪声干扰。因此，需要判定起始因子选取的合理性。聚类中心的数量n=f(k)，在不同的迭代次数内，时刻k不断变化，以时刻k为自变量的函数随着时刻k在固定步长
△
a增大而线性增大，说明聚类中心数量从1逐渐到多个的临界点，此时所选取的起始因子为最优选；若随着时刻k在固定步长
△
a增大而没有变化，f(k)为常值，说明该次迭代中所选取的起始因子非最优选，需要更新后再进入迭代验证过程。
[0029]
步骤6：以k为分界点，记录时刻k之前的间歇过程为非间歇期，该非间歇期内的统计量为us，记录时刻k之后的间歇过程为间歇期，该间歇期内的统计量为ud。
[0030]
在本实施例中，统计量us为各个第一检查点所得到的第一参数的集合为负载矩阵p
t1
(i,j)与负载矩阵p
t2
(i,j)之间的距离h1(d)，统计量ud为各个第二检查点所得到的第二参数的集合在负载矩阵p
t2
(i,j)与负载矩阵p
t1
(i,j)之间的距离h2(d)。
[0031]
步骤7：若统计量us的最大值u
s(max)
≤β1，且统计量ud的最大值u
d(max) ≤β2，说明此时非稳定过程处于正常阶段，可变参数经过量化后的统计量最大值均处于控制门限值范围内，则过程运行正常，进入步骤8，反之，则说明可变参数经过量化后的统计量最大值超出控制门限值范围内，此时指示器预警。
[0032]
步骤8：第一反应物与第二反应物进入焦炉。
实施例二
[0033]
参照图2，一种用于实现煤化工间歇过程的管理方法的管理系统，包括：炭化室、控制单元、存储单元、第一传感器、第二传感器，指示器，焦炉，炭化室用于将第一反应物与第二反应物的混合反应；第一传感器根据第一检查点记录炭化室中反应过程的第一参数；第二传感器根据第二检查点记录炭化室中反应过程的第二参数；控制单元用于记录第一传感器与第二传感器采集的第一参数与第二参数；存储单元记录有间歇过程的各个反应状态，能够修改起始因子λ、起始时刻k的参
数值；指示器为具有中断特性的定时电路组成，在触发时，发出提出音报警；焦炉用于接收第一反应物与第二反应物。
实施例三
[0034]
本实施例描述一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的煤化工间歇过程的管理方法。
[0035]
就本说明书而言，“计算机可读存储介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或装置或结合这些指令执行系统、装置或装置而使用的装置。计算机可读存储介质的更具体的示例（非穷尽性列表）包括以下：具有一个或多个布线的电连接部（电子装置），便携式计算机盘盒（磁装置），随机存取存储单元（ram），只读存储单元（rom），可擦除可编辑只读存储单元（eprom或闪速存储单元），光纤装置，以及便携式光盘只读存储单元（cdrom）。另外，计算机可读存储介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储单元中。
[0036]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改，等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种煤化工间歇过程的管理方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将第一反应物加入炭化室中，反应的间歇过程t1包含k1个子过程，在间歇过程t1中设置m个第一检查点；步骤2：控制单元设定起始因子λ=1，设定起始时刻k=1，记录多个采样周期内第一传感器的第一参数f1，计算采样周期结束后的第一阈值β1；步骤3：将第二反应物加入炭化室中，反应的间歇过程t2包括k2个过程，在间歇过程t2中设置n个第二检查点；步骤4：控制单元记录炭化室内在第二检查点中第二传感器采集的第二参数f2，计算采样周期结束后的第二阈值β2；步骤5：若满足β1≥λβ2，则进入步骤6，反之，存储单元更新k＇=k+
△
a，其中，
△
a为时刻更新迭代的步长，并返回步骤2；步骤6：时刻k＇之前的间歇过程t1为非间歇期，该非间歇期内的统计量为u
s
，时刻k＇之后的间歇过程t2为间歇期，该间歇期内的统计量为u
d
；步骤7：若统计量u
s
的最大值u
s(max)
≤β1，且统计量u
d
的最大值u
d(max) ≤β2，进入步骤8，反之，则指示器预警；步骤8：第一反应物与第二反应物进入焦炉。2.根据权利要求1所述的煤化工间歇过程的管理方法，其特征在于，第一参数f1至少包括第一反应物的温度、氧气浓度。3.根据权利要求1所述的煤化工间歇过程的管理方法，其特征在于，第二参数f2至少包括第二反应物的炉门烟尘浓度、炉侧压力。4.根据权利要求1所述的煤化工间歇过程的管理方法，其特征在于，第一阈值β1与第二阈值β2分别是负载矩阵p
t1
(i,j)、负载矩阵p
t2
(i,j)主成分数量的卡方分布计算结果。5.根据权利要求1所述的煤化工间歇过程的管理方法，其特征在于，统计量u
s
为各个第一检查点所得到的第一参数的集合为负载矩阵p
t1
(i,j)与负载矩阵p
t2
(i,j)之间的距离h1(d)，统计量u
d
为各个第二检查点所得到的第二参数的集合在负载矩阵p
t2
(i,j)与负载矩阵p
t1
(i,j)之间的距离h2(d)。6.根据权利要求1所述的煤化工间歇过程的管理方法，其特征在于，在k时刻之前的第一检查点下，负载矩阵p
t1
(i,j)与p
t2
(i,j)之间的距离h1(d)，，负载矩阵p
t2
(i,j)与p
t1
(i,j)之间的距离h2(d)，其中，t1与t2表示不同的第一检查点，t1,t2∈[1,k]。7.根据权利要求1所述的用于实现煤化工间歇过程的管理方法的管理系统，包括：炭化室、控制单元、存储单元、第一传感器、第二传感器，指示器，焦炉，炭化室用于将第一反应物与第二反应物的混合反应；第一传感器根据第一检查点记录炭化室中反应过程的第一参数；第二传感器根据第二检查点记录炭化室中反应过程的第二参数；
控制单元用于记录第一传感器与第二传感器采集的第一参数与第二参数；存储单元记录有间歇过程的各个反应状态，能够修改起始因子λ、起始时刻k的参数值；指示器为具有中断特性的定时电路组成，在触发时，发出提出音报警；焦炉用于接收第一反应物与第二反应物。

技术总结
本发明公开了一种煤化工间歇过程的管理方法、系统及计算机可读存储介质。通过对煤化工间歇过程进行有效划分，确定第一反应物和第二反应物在生产阶段的控制门限值，反应设备中传感器在多个采样点获取的参数作为变量，并经过迭代优化更新相关参数，识别对应反应阶段内当前反应状态是否正常，当非间歇期的统计量与间歇期的统计量均小于控制门限值的情况下，判定间歇过程正常，第一反应物与第二反应物进入焦炉，反之，则判定间歇过程异常，指示器预警。指示器预警。


技术研发人员：江敏 朱安楠 王仁贵 高瑞冰 谢朝鑫
受保护的技术使用者：武汉科技大学
技术研发日：2023.03.21
技术公布日：2023/7/25