【文章內(nèi)容簡介】 不能及時檢測和確認故障源將導(dǎo)致?lián)p失巨大經(jīng)濟損失，僅美國石化行業(yè)，每年估計因缺乏對異常事件的有效監(jiān)控而損失200億美元 ? 事實上 ? 石化行業(yè)的自動化程度很高 ? 從信息系統(tǒng)中獲取的數(shù)據(jù)量是非常驚人的 ? 因此 ? 可利用豐富的數(shù)據(jù)信息進行過程監(jiān)測，有效實現(xiàn)控制與優(yōu)化 ? 事實上，現(xiàn)代計算機技術(shù)可以分析處理這些數(shù)據(jù)，而這在以前是不可能的 尋找有效的實時故障檢測和識別方法是 目前工業(yè)應(yīng)用中主要發(fā)展目標之一。 過程監(jiān)控的傳統(tǒng)方法 ? 單變量統(tǒng)計監(jiān)控 ? 經(jīng)典方法：基于施瓦特圖（ Shewhart）的應(yīng)用 ? 故障識別 ? 給定一個觀測變量 X，每個變量的標準誤差： 是均值， 是第 j個變量的標準差 將標準差繪制在同一表中，并且用基于顯著性水平的閾值檢測失控變量。 給定一定的閾值，可以在訓(xùn)練集中數(shù)據(jù)的統(tǒng)計特性基礎(chǔ)上，應(yīng)用統(tǒng)計假設(shè)理論來預(yù)測系統(tǒng)變化是否失控。 jjjj sxe /)( ???j? js目前過程監(jiān)控的主要方法 ? 數(shù)據(jù)驅(qū)動方法 ? 主元分析法（ PCA） ? 費舍爾判別分析法 （基于模式分類學(xué)的故障診斷） ? 部分最小二乘法 ? 規(guī)范變量分析法 （類似于 PCA的子空間辨識方法） ? 解析法 ? 基于參數(shù)估計、基于觀測器設(shè)計和等價關(guān)系 ? 基于知識的方法 ? 采用定性模型 ——基于因果分析、專家系統(tǒng)和模式識別 特點： 高維數(shù)據(jù)變換為低維，通過單圖顯示（數(shù)據(jù)可視化），有助于為操作員解釋過程數(shù)據(jù)的顯著變化趨勢。 特點： 應(yīng)用在輸入、輸出和狀態(tài)數(shù)目相對較小的系統(tǒng) 克服單變量統(tǒng)計技術(shù)忽略的過程變量空間相關(guān)以及序列相關(guān)性的影響 基于多變量統(tǒng)計技術(shù)的監(jiān)控方法： DCS 報警系統(tǒng) 智能報警 (多變量 ) 基于簡單模型的監(jiān)測， PID 監(jiān)控器，閥流量模型 特 定 事 件 的PCA監(jiān)控模型 廣義 PCA 模型 異常事件檢測（ AED） (復(fù)雜工況檢測 ) 實時指導(dǎo)系統(tǒng) (診斷 amp。 建議 ) 報警信息管理 （ ACM/AEA） 過程監(jiān)控的金字塔結(jié)構(gòu) 過程監(jiān)控系統(tǒng)的目標 (I) ? 報警與事件管理（ Alarm and Event Management） ? 通過開發(fā)相關(guān)工具和程序有效提升報警系統(tǒng)性能 。 ? 適當(dāng)合理化和過濾報警信號 ? 通過相關(guān)操作適時激活報警系統(tǒng) ? 為控制臺和現(xiàn)場操作工提供報警和事件信息的整合 ? 異常事件檢測（ Abnormal Event Detection） ? 開發(fā)針對煉油和石化過程關(guān)鍵單元操作的 AED技術(shù) ? 儀表動作失效；操作區(qū)域出現(xiàn)問題等 ? 開發(fā) AED的有效工具，如 PCA方法等 ? 操作員實時指導(dǎo)系統(tǒng)（ Real Time Advisories） ? 為控制臺操作人員提供實時的基于知識的工況檢測和診斷指導(dǎo)信息 ? 搭建操作員實時指導(dǎo)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架 確保報警信息明確、有效 檢測操作條件的偏離，使操作員在報警前處理。 過程監(jiān)控系統(tǒng)的目標 (II) ? 操作約束管理（ Operations Constraint Management ） ? 幫助明確當(dāng)前與操作（包括 APC、 RTO）相關(guān)的約束條件 ? 幫助理解當(dāng)前各主要約束條件 ? 幫助推向卡邊操作以獲取利潤最大化 ? 正確地預(yù)測 (評估 ) 當(dāng)前工況和下一可能約束之間的距離 ? 程序化操作（ Procedural Operations） ? 發(fā)展在線程序以實現(xiàn)過程的無縫操作 （檢測、分析、指導(dǎo)、恢復(fù)等） ? 發(fā)展和實施過程管理系統(tǒng)集成解決方案，不論程序是否自動執(zhí)行，確保實現(xiàn)當(dāng)前僅一個程序管理系統(tǒng)在運行 異常事件的檢測過程 目標 : 為操作員提供 早期預(yù)警 優(yōu)點 : 減少低負荷和停車工況 正常過程行為描述 當(dāng)前的觀測值 比較 警告： 如果與正常預(yù)期變化不符 顯示： 解釋差異在哪里 如：統(tǒng)計模型、工程關(guān)系、啟發(fā)式知識等 差異性解釋 模糊布爾邏輯 異常事件的檢測特征 正常操作 采取預(yù)防措施 對報警進行響應(yīng) 操作員動作 報警區(qū)域 AED 將在報警系統(tǒng)前做出響應(yīng) AED 將讓操作人員有更多時間進行操作 DCS 報警系統(tǒng) 非正常工況檢測區(qū)域 過程監(jiān)控 過程監(jiān)控系統(tǒng)舉例 ? 95% 正常操作都在橢圓里 ? 外部離群值警告將會有問題出現(xiàn) ? 很容易識別有問題的變量 ? 通過故障樹分析，可以識別問題起源 ? 已驗證此項技術(shù)的可靠性 過程監(jiān)控發(fā)展的建模技術(shù) 預(yù)期的改進操作 ? 控制器逐漸把離群值拉回到邊界 25%的范圍內(nèi) 過程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計的主要特征 ? 基于多變量控制技術(shù)，并確?？刂破餍阅? ? 采用基于線性規(guī)劃的多變量控制技術(shù) ? 有 DMC控制器的所有特性 ? 非正常工況的檢測和處理確保多變量控制器性能 ? 控制器會逐步實現(xiàn)產(chǎn)量最大化 ? 監(jiān)控系統(tǒng)確保安全性 ? 當(dāng)過程將出現(xiàn)問題時，會提醒操作人員 ? 當(dāng)有突發(fā)的嚴重的擾動時，會切換到安全模式 ? 控制器性能實現(xiàn)自動監(jiān)控 自適應(yīng)先進控制策略 設(shè)備性能變差 產(chǎn)量、轉(zhuǎn)化率、分離效果等 質(zhì)量，產(chǎn)量，原料及公用工程消耗 控制器性能差 控制系統(tǒng)是裝置運行的基礎(chǔ) : 收入減少，支出增加 控制系統(tǒng)的重要性 控制器性能差 ? 生產(chǎn) 裝置的操作性能變差 ? 財務(wù)狀況下降 生產(chǎn)設(shè)備 反應(yīng)器 ,壓縮機 ,熱交換器等 裝置 過程控制系統(tǒng) 閥 ,傳感器 ,常規(guī)控制 ,先進控制 ,分析儀表，軟測量 過程單元 財務(wù) 控制器性能優(yōu)劣直接影響裝置生產(chǎn)操作，因此，開發(fā)控制器性能監(jiān)控技術(shù)有利于： 結(jié)果 : ? 更好的控制性能使工廠可以增加 5%的利潤 ? 基于條件的控制可以減少 30%的維護費用 ? 標準控制特性與裝置效益的關(guān)聯(lián)； ? 改進控制器性能； ? 減少 70%MPC的開發(fā)周期； ? 建立基于條件變化（ ConditionBased）的連續(xù)改進模型 自適應(yīng)控制系統(tǒng)基礎(chǔ) － 實現(xiàn)控制器性能監(jiān)測 何為先進控制與優(yōu)化系統(tǒng)的堅實基礎(chǔ)？ 基礎(chǔ)控制系統(tǒng) /儀表 /分析儀 先進控制 … DMC ? 提供可靠的關(guān)鍵儀表與分析儀器 ? 基礎(chǔ)控制回路性能良好 ? 準確的模型 ? 有效調(diào)節(jié)、控制 ? 較寬的操作范圍 在線優(yōu)化 /調(diào)度 APC的實施基礎(chǔ)： 在線優(yōu)化 /計劃的實施基礎(chǔ)： 先進控制 … DMC 基礎(chǔ)控制系統(tǒng) /儀表 /分析儀 目前問題 — 如何實現(xiàn)自適應(yīng)控制 ? 基礎(chǔ)控制回路的性能監(jiān)測 ? 確認問題后的工作流程 基礎(chǔ)控制回路層 ? 先進控制器性能監(jiān)測 ? 控制器模型的自動更新 ? 約束條件的自動分析 先進控制層 存在問題（ MPC） : ? 模型測試與辨識成本高； ? 模型辨識、預(yù)測控制技術(shù)缺乏整體性； ? 控制算法適用對象面窄； ? 持續(xù)投運率低 ? 不易維護 ? 實施周期長成本高 ? 實現(xiàn)控制系統(tǒng)的自動、自適應(yīng)維護是關(guān)鍵