针对工业炉管离心铸造过程数据采集与分析系统框架与实施

摘要

乙烯作为石化企业的重要产品，主要是通过石脑油在裂解装置中发生反应得到。乙烯裂解装置主要包含辐射段和对流段，辐射段和对流段核心组成部分都是炉管。由于乙烯裂解反应需要高温、低分压，工业炉管长期工作在这样环境下，易造成渗碳、断裂和腐蚀等问题，引发安全事故。因此，为保证生产的安全平稳进行，对工业炉管质量提出特别要求变的很迫切。工业炉管大多采用离心铸造进行生产，得到的产品组织结构致密，晶型完整（主要分为等轴晶和柱状晶），机械性能较好。
　　传统的炉管质量检测使用渗透检测、化学成分分析、拉伸试验以及金相检测等方法。但这些方法耗时、耗力、耗费;且这些检测方法会产生大量环境污染物，更严重的是人工操作存在很大误差，可能会出现炉管遗漏检测的可能。本课题引进多元统计方法对工业炉管质量进行监测来弥补传统检测方法存在的弊端。多元统计方法是一种基于数据的统计分析方法，工业炉管生产又受多因素影响，在使用多元统计分析前，需要收集影响铸造过程的多个变量数据。在进行分析时，本文做了以下工作:
　　(1)在使用多元统计方法进行分析时，需要收集大量生产数据。传统方法采用仪器人工测量，手动记录的方式收集数据，然而这种采集方式误差大、采集频率低、耗费大量人力物力。本文设计并实施了智能化数据采集系统对各变量进行采集。
　　(2)单变量数据组成包含生产过程原料熔炼、离心铸造两阶段，化学元素种类及百分含量、钢水温度、型筒表面温度、转速、PT检测结果等十多种生产数据。对于收集到的数据需要按照管径、材质等进行分类。对于原始数据，需要进行预处理:对单变量超过工艺范围的数据进行去除;采用动态时间扭转法解决数据不等长问题;采用在线数据填充法补充缺失不严重数据。
　　(3)同批次的工业炉管生产过程中化学元素种类及百分含量不随时间变化，保持着连续过程特征;型筒表面温度、型筒转速、型筒振幅这些离心浇铸数据随时间在不停变化，保持着间歇过程特征。所以，在进行建模分析时，连续过程数据使用PCA方法，间歇过程数据特征使用MPCA方法。使用历史数据进行建模，分别代入验证数据选取最佳主元，代入检测数据分析模型的好坏。
　　(4)本文使用两种管型数据进行建模，分析结果如下:第一种:正确率为:100％，误报率为:0％，第二种:正确率为:100％，误报率为:0％。对检测结果，分别使用贡献图以及箱型图分析，查找出导致炉管质量不合格的变量，分析变量，对以后的生产有一定的指导作用。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．2 工业炉管的生产过程以及其传统质量检测方法

1．3 工业炉管离心铸造过程特点

1．5 过程监测方法及其分类

1．5．1 基于数学模型法

1．5．3 基于数据的方法

1．7 论文结构

第二章 工业炉管的离心铸造

2．1．1 原料熔炼过程

2．1．2 钢水中各化学元素对工业炉管作用分析

2．2 炉管离心铸造过程及其中对炉管生产的影响因素

2．2．1 工业炉管的离心铸造过程

2．2．2 工业炉管离心铸造的影响因素

2．3 工业炉管主要质量问题

2．3．3 夹渣

2．5 本章结构

第三章 数据采集系统

3．1 数据采集系统总体设计框架

3．2 传感器选择及其信号采集原理

3．2．1 传感器选择

3．2．3 A／D转换

3．3 工控组态软件与SQL数据库

3．4 PLC控制器

3．5 UI界面

3．6 本章小节

第四章 以多元统计分析方法为基础的过程监测框图的建立

4．1．1 显著误差去除

4．2 主元分析方法(PCA)

4．2．1 PCA方法原理

4．2．2 主元分析法处理步骤

4．3 多向主元分析法

4．3．1 数据展开方式

4．3．2 批次轨迹同步化

4．4 统计控制图

4．4．2 SPE统计量以及其控制限

4．6 统计方法流程图

4．7 本章小结

第五章 工业炉管生产过程MPCA-PCA监测结果及其分析

5．2 数据可行性分析

5．3 两种类型工业炉管离心铸造过程使用MPCA-PCA法监测结果及其分析

5．3．1 第一种类型工业炉管监测结果

5．3．2 第二种类型工业炉管监测结果

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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