提升工业过程报警系统有效性的自适应管理策略

摘要

在流程工业生产过程中，由于报警系统的不完善会导致报警数量过多，大量无效报警、滋扰报警充斥在有效报警之中，超出操作员的处理能力，影响过程运行的安全性。因此，如何根据生产过程环境的变化，自适应地建立报警管理策略，更好地提升报警系统的有效性和指导操作员，成为报警系统优化的重要问题。
　　本文针对工业过程变量中的随机模糊不确定性造成无关信息多、实时动态性差和报警范围不合理等问题，通过报警相关性研究对报警信息进行过滤和分类操作，实现对报警源的诊断和定位，设计了报警规则模板，然后针对报警的生成采取优化策略，进一步提高报警管理系统的性能。论文的主要工作包括以下几个方面:
　　第一，建立了报警状态因果关系及时序关系的分析方法。基于报警数据，进行了因果报警关联性分析，结合模糊集合与Apriori算法，提出了一个报警模糊加权关联规则挖掘方法，并采用时间模糊Petri网对报警关联规则进行知识表达，建立了报警传播路径。
　　第二，提出了一个实时状态报警优先级的分析方法。在随机干扰情况下，建立幅值裕度和时间裕度指标量化的报警风险评估模型和Markov报警风险状态转移过程的安全分析方法。利用粒子滤波方法估计动态Markov过程状态转移矩阵和报警状态转移时间，预测未来时刻报警风险状态转移概率，通过实时反应状态量的变化确定报警严重性优先等级。
　　第三，给出了工业过程滋扰报警的自适应管理策略。依据报警间隔和报警持续时间在线确定滋扰报警形式，提出自适应报警死区和报警延时器的计算方法。利用时间序列ARMA模型预测报警死区处理高频报警;利用报警间隔时间更新报警延时器参数处理低频报警。区分不同的报警产生机制，结合报警优化方法达到减少或者消除滋扰报警的目的。
　　第四，建立了控制系统参数报警阈值的自适应管理策略。将随机优化设置机会约束引入到求解最优的控制退避值，通过LQG性能基准确定控制方差和输出方差的约束关系，根据约束的强制性和优化性，设定硬约束和软约束两级约束调整策略对报警限进行优化，在保证过程输出一定范围内的可操作性和可行性进行报警限调整，同时保证了上下层之间报警约束限的一致性。
　　最后，对一个实际工业过程的报警系统进行了分析和优化设计。基于实际生产数据，分别进行了因果报警关联规则提取、报警路径分析和滋扰报警自适应管理策略的建立，验证了所提方法的有效性。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 背景及意义

1．2 相关技术研究现状

1．2．1 报警系统合理化策略

1．2．2 报警关联分析

1．2．3 报警管理自适应机制

1．3 论文的内容及结构安排

第二章 基于模糊关联规则挖掘的报警因果分析

2．1 引言

2．2 报警数据预处理

2．2．1 报警信号特征

2．2．2 报警信号产生方式

2．2．3 最大延时相关估计

2．2．4 报警数据相关性计算

2．2．5 仿真实验

2．3 因果报警相关性分析

2．4 因果报警序列挖掘

2．4．1 报警模糊异常检测

2．4．2 模糊关联规则挖掘

2．4．3 因果关联规则推理

2．4．4 复杂度分析

2．5 基于时间模糊Petri网的报警路径描述

2．5．1 时间模糊Petri网报警知识表达

2．5．2 报警传播路径

2．6 实例研究

2．7 本章小结

第三章 基于风险评估的报警优先级分析

3．1 引言

3．2 报警优先级指标的构造和安全等级描述

3．2．1 基于马氏距离的监控指标

3．2．2 时间裕度分析和报警等级划分

3．3 基于报警状态转移的Markov时变模型

3．3．1 马尔科夫报警状态时变模型

3．3．2 粒子滤波估计动态状态转移矩阵

3．3．3 报警优先级自适应管理策略

3．4 实例研究

3．5 本章小结

第四章 滋扰报警的自适应管理策略

4．1 引言

4．2 滋扰报警检测

4．3 报警系统性能指标

4．4 滋扰报警自适应管理策略

4．4．1 报警死区

4．4．2 报警延时器

4．4．3 滋扰报警自适应管理算法

4．5 实例研究

4．6 本章小结

第五章 控制参数报警阈值的自适应管理策略

5．1 引言

5．2 双层控制结构稳态优化策略

5．3 基于LQG性能基准的报警限优化

5．3．1 包含不确定因素的报警阈值

5．3．2 基于LQG性能的输入输出方差约束关系

5．3．3 基于优先级的联锁报警的报警限的调整策略

5．4 实例研究

5．5 本章小结

第六章 应用实例

6．1 引言

6．2 DNF回收过程

6．3 报警系统的相关性分析

6．4 滋扰报警的自适应管理策略

6．5 本章小结

第七章 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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