一种基于系统运行模式的双酚A结晶过程滚动优化方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于系统运行模式的双酚A结晶过程滚动优化方法，属于化工流程制造业领域。本发明专利技术的双酚A结晶过程的滚动优化方法分为四个步骤，第一步是过程数据的采集与预处理，第二步是系统运行模式的构建，第三步是基于模式的批次数据对齐，第四步是建立模式与质量指标之间的定量关系，利用滚动优化策略求解最优的操作条件，利用统计分析算法，将模式的概念引入到双酚A结晶过程的优化中，从传统的基于原变量形式的优化方法转化为基于变量隐含的过程运行模式的优化方法，弥补了传统优化方法在数据利用上的不足，而后通过预测与修正的滚动优化策略，及时校正操作条件以适应复杂工况。

A rolling optimization method for bisphenol A crystallization process based on system operation mode

The invention discloses a rolling optimization method for bisphenol A crystallization process based on system operation mode, belonging to the field of chemical process manufacturing. The rolling optimization method of the bisphenol A crystallization process is divided into four steps. The first step is the collection and preprocessing of the process data, the second step is the construction of the system operation mode, the third step is the alignment of batch data based on the pattern, the fourth step is to establish the quantitative relationship between the mode and the quality index, and the rolling optimization strategy is used. In order to solve the optimal operating conditions, using the statistical analysis algorithm, the concept of the model is introduced to the optimization of the crystallization process of bisphenol A. The traditional optimization method based on the original variable form is transformed into an optimized method based on the variable implicit process operation mode, which makes up for the shortcomings of the traditional optimization method in the use of data. A rolling optimization strategy with prediction and correction is adopted to correct operation conditions in time to adapt to complex working conditions.

【技术实现步骤摘要】
一种基于系统运行模式的双酚A结晶过程滚动优化方法
本专利技术涉及一种基于系统运行模式的双酚A结晶过程滚动优化方法，属于化工流程制造业领域。
技术介绍
双酚A结晶过程属于间歇性工业生产，在整个生产过程中无稳定的工作点，具有多个操作阶段和显著的非线性。双酚A结晶过程的质量指标(如晶体纯度、晶体产品粒度、原料转化率等)与设定的操作状态或操作轨线密切相关。为了使双酚A结晶过程处于最优的操作条件，达到期望的控制变量指标，传统优化策略是建立过程的机理模型，对操作条件寻优。但双酚A结晶过程复杂，建立准确的机理模型十分困难而且费用昂贵。其间歇性的生产方式也使得大部分的优化方法难以直接使用。因而，寻找一种有效的优化方法成为企业的普遍需求。在大数据背景下，工业运行数据存储能力不断提高，数据挖掘技术不断发展，因此本专利技术利用生产过程中的大量数据，提出一种基于模式的双酚A结晶过程滚动优化方法，利用统计分析算法，将系统运行模式的概念引入到双酚A结晶过程的优化中，从传统的基于过程变量的优化方法转化为基于系统运行模式的优化方法，弥补了传统优化方法在数据利用上的不足，而后通过预测与修正的滚动优化策略，及时校正操作条件以适应复杂工况。系统运行模式不仅考虑设定操作条件对质量指标的作用，也考虑了在这一操作条件下其他过程变量对质量指标的作用，由于蕴含了更多的过程信息从而更能准确的建立质量指标与操作条件间的关系，确保优化效果，稳定产品质量，提高经济效益，促进基于数据的优化技术在双酚A结晶过程的应用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于系统运行模式的双酚A结晶过程滚动优化方法，将利用系统运行模式进行优化的思路应用到双酚A结晶过程，从过程的设定操作轨线数据及与过程变量数据中提取揭示过程内部物理、化学等本质特征状态的模式；然后建立模式与质量指标之间的定量关系，利用滚动优化策略求解最优的操作条件。本专利技术采用的技术方案：双酚A结晶过程的滚动优化方法分为四个步骤，第一步骤是过程数据的采集与预处理，第二步骤是系统运行模式的构建，第三步骤是基于模式的批次数据对齐，第四步骤是建立模式与质量指标之间的定量关系，利用滚动优化策略求解最优的操作条件；具体步骤如下：步骤1)：过程数据的采集与预处理采集双酚A结晶过程的设定操作轨线数据，过程变量数据及质量指标数据，通过剔除异常数据、补足缺失数据及标准化数据的方式进行数据预处理；采集双酚A结晶过程设定操作轨线数据为温度数据，过程变量数据为结晶罐温度、结晶罐压力、管道温度等过程变量数据；步骤2)：系统运行模式的构建(1)对步骤一中预处理之后的数据进行变量选择，挑选出对质量指标贡献较大的变量，避免次要变量信息对关键变量信息的掩盖；所述的变量选择方法可为互信息熵法，相关系数法，LASSO正则化法，弹性网络，正交信号校正法等；(2)利用变量提取方法获取过程的综合特征，得到系统运行模式P＝[P1,P2,…,Pk]，其中为第k个批次的模式，a为综合变量数目，a个综合变量是线性无关的，a小于变量提取方法前的数据维数，E为批次的采样点数；所述的变量提取方法是指主元分析、概率主元分析、动态主元分析、多向主元分析等技术；步骤3)：以各批次数据的模式相似度作为标准对齐各批次数据，相似度的计算公式如下：其中，d为两个模式间的相似度为，d值越小两个模式越相似，是作为对齐基准的参考模式，F为参考模式的采样点数，为中第个综合变量的第w个元素，w∈{1,2,…,E},为第k批次数据模式的第个综合变量的第v个元素，v∈{1,2,…,F}。步骤4)：建立模式与质量指标之间的定量关系，利用滚动优化策略求解最优的操作条件(1)设过程质量指标为Y＝[y1,y2,…,yk]，利用已有的建模方法得到系统运行模式P＝[P1,P2,…,Pk]与过程质量指标Y之间的定量关系：Y＝ψ(P)(B)；其中，ψ(·)为描述过程的动态特性函数；(2)结合公式(B)与期望质量指标y*，建立最小方差目标函数以求解第k个批次的模式修正量(3)对最优模式进行重构，得到影响的最优设定操作轨线(4)为了克服动态控制偏差和不可控的随机干扰，经过上述步骤得到的最优设定操作轨线在投入实际应用时，实时采集最优设定操作轨线下的过程变量数据；(5)在过程中设定一些决策点，当生产过程到达每一决策点时将已获得的过程变量数据与设定操作轨线数据利用变量提取方法得到对应的系统运行模式数据，并根据历史批次的系统运行模式的变化趋势对当前决策点之后的系统运行模式数据进行补足得到(6)根据公式(B)预测当前批次模式下的质量指标当不小于y*，则对设定操作轨线不做修正，当小于y*，则根据公式(C)对进行修正。ΔS(i)k+1＝ψ(Δyk+1)(D)；其中，为第i+1个决策点修正的设定操作轨线，为第i个决策点设定操作轨线，ΔS(i)k+1为对第i个决策点设定操作轨线修正量，为当前批次模式下的预测质量指标与期望质量指标间的偏差。(7)第k+1批次生产结束，将测得的实际过程数据通过变量提取方法得到Pk+1。(8)重复步骤(2)-(7)，如此在各批次的每一决策点反复预测和修正，滚动优化操作条件。所述步骤1)中，剔除异常数据的方式为3σ准则，填充缺失数据的方式为均值填充法，综合变量数目a的选取根据累计贡献率(如采用80％)。本专利技术提出了一种基于模式的双酚A结晶过程滚动优化方法，利用统计分析算法，将模式的概念引入到双酚A结晶过程的优化中，从传统的基于原变量形式的优化方法转化为基于变量隐含的过程运行模式的优化方法，弥补了传统优化方法在数据利用上的不足，而后通过预测与修正的滚动优化策略，及时校正操作条件以适应复杂工况。本模式不仅考虑设定操作条件对质量指标的作用，也考虑了在这一操作条件下其他过程变量对质量指标的作用，从而蕴含了更多过程信息的模式更能准确的建立质量指标与操作条件的关系，保证优化效果，稳定产品质量，提高经济效益，促进这一优化技术在双酚A结晶过程的应用。附图说明图1为本专利技术实施例流程框图；图2为本专利技术温度操作变量图；图3为本专利技术过程变量图；图4为本专利技术累计贡献率图；图5为本专利技术模式图；图6为本专利技术操作轨线滚动优化示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供了如图1-6所示的一种双酚A结晶过程的滚动优化方法，所述双酚A结晶过程的滚动优化方法分为四个步骤，第一步骤是过程数据的采集与预处理，第二步骤是系统运行模式的构建，第三步骤是基于模式的批次数据对齐，第四步骤是建立模式与质量指标之间的定量关系，利用滚动优化策略求解最优的操作条件；具体步骤如下：步骤一：过程数据的采集与预处理采集双酚A结晶过程的设定操作轨线数据，过程变量数据及质量指标数据，通过剔除异常数据、补足缺失数据及标准化数据的方式进行数据预处理；采集双酚A结晶过程设定操作轨线数据为温度数据，过程变量数据为结晶罐温度、结晶罐压力、管道温度等过程变量数据；步骤二：系统运行模式的构建(1)对步骤一中预处理之后的数据进行变量选择，挑选出本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于系统运行模式的双酚A结晶过程滚动优化方法，包括如下四个步骤：1)过程数据的采集与预处理；2)系统运行模式的构建；3)基于模式的批次数据对齐；4)建立模式与质量指标之间的定量关系，利用滚动优化策略求解最优的操作条件。

【技术特征摘要】
1.一种基于系统运行模式的双酚A结晶过程滚动优化方法，包括如下四个步骤：1)过程数据的采集与预处理；2)系统运行模式的构建；3)基于模式的批次数据对齐；4)建立模式与质量指标之间的定量关系，利用滚动优化策略求解最优的操作条件。2.权利要求1所述的方法，其特征在于步骤1)具体方法为：采集双酚A结晶过程的设定操作轨线数据，过程变量数据及质量指标数据，通过剔除异常数据、补足缺失数据及标准化数据的方式进行数据预处理；采集双酚A结晶过程设定操作轨线数据为温度数据，过程变量数据为结晶罐温度、结晶罐压力及管道温度。3.权利要求1所述的方法，其特征在于步骤2)具体方法为：(1)对步骤1)中预处理之后的数据进行变量选择，挑选出对质量指标贡献较大的变量，避免次要变量信息对关键变量信息的掩盖；(2)利用变量提取方法获取过程的综合特征，得到系统运行模式P＝[P1,P2,…,Pk]，其中为第k个批次的模式，a为综合变量数目，a个综合变量是线性无关的，a小于变量提取方法前的数据维数，E为批次的采样点数。4.权利要求2或3所述的方法，其特征在于步骤3)具体方法为：以各批次数据的模式相似度作为标准对齐各批次数据，相似度的计算公式如下：其中，d为两个模式间的相似度，是作为对齐基准的参考模式，F为参考模式的采样点数，为中第个综合变量的第w个元素，w∈{1,2,…,E},为第k批次数据模式的第个综合变量的第v个元素，v∈{1,2,…,F}。5.权利要求4所述的方法，其特征在于步骤4)具体方法为：建立模式与质量指标之间的定量关系，利用滚动优化策略求解最优的操作条件：(1)设过程质量指标为Y＝[y1,y2,…,yk]，利用已有的建模方法得到系统运行模式P＝[P1,P2,…,Pk]与过程质量指标Y之间的定量关系：其中，ψ(·)...

【专利技术属性】
技术研发人员：栾小丽，刘晓凤，刘成林，刘飞，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32