一種用于煮糖結(jié)晶的數(shù)據(jù)監(jiān)測方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及煮糖結(jié)晶過程中數(shù)據(jù)測量和監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種用于煮 糖結(jié)晶的數(shù)據(jù)監(jiān)測方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前用于煮糖結(jié)晶過程的自動控制系統(tǒng)的功能和結(jié)構(gòu)上基本一致，大體分為數(shù)據(jù) 采集、數(shù)據(jù)展示、數(shù)據(jù)處理和執(zhí)行機構(gòu)四大部分。煮糖結(jié)晶過程自動控制系統(tǒng)構(gòu)建的思路 是：首先通過各種硬件傳感器獲取煮糖結(jié)晶過程的實時狀態(tài)參數(shù)（比如真空度、糖膏溫度、 液位、蒸汽溫度、蒸汽壓力、糖膏錘度等狀態(tài)參數(shù)），然后通過現(xiàn)場總線傳輸至上位機監(jiān)控系 統(tǒng)，上位機監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)過數(shù)據(jù)展示和數(shù)據(jù)處理之后，再將處理結(jié)果反饋到下位機控制單元， 最終由下位機控制單元發(fā)出控制指令到執(zhí)行機構(gòu)，從而實現(xiàn)控制和調(diào)節(jié)執(zhí)行機構(gòu)。
[0003] 現(xiàn)有的煮糖結(jié)晶過程的自動控制系統(tǒng)通過傳感器設(shè)備采集得到過程的參數(shù)之后， 經(jīng)過上位機監(jiān)控系統(tǒng)的處理，能夠準(zhǔn)確根據(jù)工藝控制要求，完成對過程對象的有效控制。但 當(dāng)過程機理和過程對象比較復(fù)雜時，而且存在難以或者無法通過傳感器設(shè)備進行測量的關(guān) 鍵參數(shù)（比如煮糖結(jié)晶過程母液純度、母液過飽和度、晶體粒度分布和晶粒含量）時，煮糖 結(jié)晶過程的自動控制系統(tǒng)就難以實現(xiàn)對這些關(guān)鍵參數(shù)實施有效的控制策略。
[0004] 因此，現(xiàn)有煮糖結(jié)晶過程自動控制系統(tǒng)所存在的不足，主要體現(xiàn)在缺乏能夠?qū)﹄y 以或者無法通過傳感器設(shè)備進行直接在線測量的關(guān)鍵過程參數(shù)實現(xiàn)在線檢測的智能單元， 導(dǎo)致難以甚至無法實現(xiàn)不易直接在線測量參數(shù)的有效在線控制及優(yōu)化。
[0005] 隨著軟測量建模技術(shù)為代表的智能檢測技術(shù)的不斷發(fā)展，加上煮糖結(jié)晶過程母液 過飽和度、純度等關(guān)鍵參數(shù)難以通過傳感器進行測量，煮糖結(jié)晶過程自動控制系統(tǒng)需要并 能夠集成具有智能性的檢測單元，從而在煮糖結(jié)晶生產(chǎn)過程中實現(xiàn)對不易直接在線測量參 數(shù)的在線檢測。煮糖結(jié)晶過程的母液純度、母液過飽和度、晶體粒度分布和晶粒含量等參數(shù) 是關(guān)系到煮糖結(jié)晶過程質(zhì)量的關(guān)鍵參量，由于目前技術(shù)水平的限制，缺乏相應(yīng)的在線檢測 單元及裝置，導(dǎo)致煮糖結(jié)晶過程的先進控制算法和優(yōu)化策略只能停留在理論探討上，卻難 以在煮糖結(jié)晶生產(chǎn)過程中實施應(yīng)用，這些關(guān)鍵參數(shù)的在線測量對煮糖結(jié)晶過程的自動控制 及優(yōu)化具有重要意義。
[0006] 隨著技術(shù)的發(fā)展和多學(xué)科交叉融合，結(jié)合人工智能技術(shù)和檢測技術(shù)，研宄不易測 量關(guān)鍵參量的在線預(yù)測估計已成為一個重要的研宄領(lǐng)域。目前基于軟測量技術(shù)的智能檢測 技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于石油化工、生物制藥以及食品工程等領(lǐng)域，并取得了廣泛的研宄成果， 所構(gòu)建的軟測量模型具有穩(wěn)定性好、可靠性高等特點。由于煮糖結(jié)晶過程異常復(fù)雜，目前還 沒有相應(yīng)的煮糖結(jié)晶過程自動系統(tǒng)能夠很好地將智能軟測量技術(shù)應(yīng)用到具體的煮糖結(jié)晶 過程關(guān)鍵參數(shù)檢測當(dāng)中。
[0007] 研宄煮糖結(jié)晶過程多智能集成自動控制系統(tǒng)的目的不僅是實現(xiàn)煮糖結(jié)晶過程常 規(guī)參數(shù)的在線測量與控制，而且還考慮煮糖結(jié)晶過程的簡化機理模型，通過結(jié)合人工智能 技術(shù)和檢測技術(shù)，建立煮糖結(jié)晶過程不易測量關(guān)鍵參數(shù)的智能軟測量單元，以軟件代替硬 件，實現(xiàn)煮糖結(jié)晶過程難測參量的在線預(yù)測估計，從而實現(xiàn)煮糖結(jié)晶過程的綜合優(yōu)化控制。 因此，構(gòu)建具有智能軟測量單元的煮糖結(jié)晶過程智能集成自動控制系統(tǒng)具有重要意義和廣 闊的發(fā)展前景?，F(xiàn)有技術(shù)中尚未有用于工業(yè)生產(chǎn)煮糖過程無法通過傳感器直接測量的關(guān)鍵 參數(shù)進行在線監(jiān)測的相關(guān)報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的無法對煮糖結(jié)晶過程中部分參數(shù)無法進行直接測量 的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種用于煮糖結(jié)晶的數(shù)據(jù)監(jiān)測方法和系統(tǒng)。
[0009] 該用于煮糖結(jié)晶的數(shù)據(jù)監(jiān)測方法，包括：
[0010] 獲取煮糖結(jié)晶過程的實時工藝數(shù)據(jù)以及歷史工藝數(shù)據(jù)；
[0011] 對所述歷史工藝數(shù)據(jù)進行歸一化處理，并隨機劃分為訓(xùn)練集和測試集，采用孿生 支持向量回歸機構(gòu)建煮糖結(jié)晶過程中母液過飽和度和母液純度的數(shù)據(jù)驅(qū)動模型；
[0012] 根據(jù)粒子群優(yōu)化算法和10折交叉驗證方法對數(shù)據(jù)驅(qū)動模型進行迭代尋優(yōu)，獲取 優(yōu)化后的數(shù)據(jù)驅(qū)動模型；
[0013] 根據(jù)所述測試集對所述優(yōu)化后的數(shù)據(jù)驅(qū)動模型進行性能測試；
[0014] 根據(jù)所述實時工藝數(shù)據(jù)和所述優(yōu)化后的數(shù)據(jù)驅(qū)動模型對母液過飽和度和母液純 度進行測量；
[0015] 根據(jù)所述母液過飽和度和母液純度計算煮糖結(jié)晶過程晶粒含量和晶體粒度分布。
[0016] 該用于煮糖結(jié)晶的數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)，包括：
[0017] 數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取煮糖結(jié)晶過程的實時工藝數(shù)據(jù)以及歷史工藝數(shù)據(jù)；
[0018] 處理構(gòu)建模塊，用于對所述歷史工藝數(shù)據(jù)進行歸一化處理，并隨機劃分為訓(xùn)練集 和測試集，采用孿生支持向量回歸機構(gòu)建煮糖結(jié)晶過程中母液過飽和度和母液純度的數(shù)據(jù) 驅(qū)動模型；
[0019] 模型尋優(yōu)模塊，用于根據(jù)粒子群優(yōu)化算法和10折交叉驗證方法對數(shù)據(jù)驅(qū)動模型 進行迭代尋優(yōu)，獲取優(yōu)化后的數(shù)據(jù)驅(qū)動模型；
[0020] 模型測試模塊，用于根據(jù)所述測試集對所述優(yōu)化后的數(shù)據(jù)驅(qū)動模型進行性能測 試；
[0021] 第一測量模塊，用于根據(jù)所述實時工藝數(shù)據(jù)和所述優(yōu)化后的數(shù)據(jù)驅(qū)動模型對母液 過飽和度和母液純度進行測量；
[0022] 第二測量模塊，用于根據(jù)所述母液過飽和度和母液純度計算煮糖結(jié)晶過程晶粒含 量和晶體粒度分布。
[0023] 本發(fā)明的用于煮糖結(jié)晶的數(shù)據(jù)監(jiān)測方法和系統(tǒng)，智能化程度高，軟測量組件的設(shè) 計可實現(xiàn)對煮糖過程難以直接測量的關(guān)鍵參量進行在線預(yù)測；多點布控，可實時顯示整個 煮糖過程的工藝參數(shù)，實現(xiàn)全自動監(jiān)控。穩(wěn)定可靠，多任務(wù)進程管理器的設(shè)計實現(xiàn)對各模塊 的運行管理及調(diào)度，可對異常模塊進行自動重啟，克服了 Windows平臺進程不穩(wěn)定的缺點， 提高了穩(wěn)定性和可靠性。硬件模塊化設(shè)計和軟件組件式的設(shè)計使煮糖結(jié)晶過程智能集成測 控系統(tǒng)具有強大的擴展能力和開放性。
[0024] 本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變 得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在所寫的說明 書、權(quán)利要求書、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。
[0025] 下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細(xì)描述。
【附圖說明】
[0026] 附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實 施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中：
[0027] 圖1為本發(fā)明實施例一的用于煮糖結(jié)晶的數(shù)據(jù)監(jiān)測方法的流程圖；
[0028] 圖2為本發(fā)明實施例二的用于煮糖結(jié)晶的數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029] 圖3為本發(fā)明實施例三的流程圖；
[0030] 圖4為本發(fā)明實施例四的流程圖；
[0031] 圖5為本發(fā)明實施例中構(gòu)建數(shù)據(jù)驅(qū)動模型的流程圖；
[0032] 圖6為本發(fā)明實施例的中步驟S403的流程圖；
[0033] 圖7為本發(fā)明實施例中步驟S406的流程圖；
[0034] 圖8為本發(fā)明實施例中構(gòu)建數(shù)據(jù)驅(qū)動模型的具體流程圖；
[0035] 圖9為本發(fā)明實施例的煮糖結(jié)晶過程原理示意圖；
[0036] 圖10為懲罰因子C = 2時，根據(jù)數(shù)據(jù)驅(qū)動模型預(yù)測的RMSE隨y、e變化的示意 圖；
[0037]圖11為懲罰因子C=100時，根據(jù)數(shù)據(jù)驅(qū)動模型預(yù)測的RMSE隨y、e變化的示 意圖；
[0038] 圖12為Y = 8時，根據(jù)數(shù)據(jù)驅(qū)動模型預(yù)測的RMSE隨C、e變化的示意圖；
[0039] 圖13為e =0.25時，根據(jù)數(shù)據(jù)驅(qū)動模型預(yù)測的RMSE隨C、y變化的示意圖； [0040]圖14為以母液過飽和度為模型輸出時，煮糖結(jié)晶過程數(shù)據(jù)驅(qū)動模型對測試樣本 集的預(yù)測結(jié)果的示意圖；
[0041] 圖15為以母液過飽和度為模型輸出時，煮糖結(jié)晶過程數(shù)據(jù)驅(qū)動模型對測試樣本 集的預(yù)測誤差的示意圖；
[0042] 圖16為以母液純度為模型輸出時，煮糖結(jié)晶過程數(shù)據(jù)驅(qū)動模型對測試樣本集的 預(yù)測結(jié)果的示意圖；
[0043] 圖17為以母液純度為模型輸出時，煮糖結(jié)晶過程數(shù)據(jù)驅(qū)動模型對測試樣本集的 預(yù)測誤差的示意圖；
[0044]圖18為以母液過飽和度為模型輸出時，采用BP構(gòu)建數(shù)據(jù)驅(qū)動模型的預(yù)測性能決 定系數(shù)大小對比結(jié)果示意圖；
[0045] 圖19為以母液過飽和度為模型輸出時，采用RBF構(gòu)建數(shù)據(jù)驅(qū)動模型的預(yù)測性能決 定系數(shù)大小對比結(jié)果示意圖；
[0046] 圖20為以母液過飽和度為模型輸出時，采用ELM構(gòu)建數(shù)據(jù)驅(qū)動模型的預(yù)測性能決 定系數(shù)大小對比結(jié)果示意圖；
[0047] 圖21為以母液過飽和度為模型輸出時，采用SVR構(gòu)建數(shù)據(jù)驅(qū)動模型的預(yù)測性能決 定系數(shù)大小對比結(jié)果示意圖；
[0048] 圖22為以母液過飽和度為模型輸出時，采用LSSVR構(gòu)建數(shù)據(jù)驅(qū)動模型的預(yù)測性能 決定系數(shù)大小對比結(jié)果示意圖；
[0049] 圖23為以母液過飽和度為模型輸出時，采用TSVR構(gòu)建數(shù)據(jù)驅(qū)動模型的預(yù)測性能 決定系數(shù)大小對比結(jié)果示意圖；
[0050]圖24為以母液純度為模型輸出時，采用BP構(gòu)建數(shù)據(jù)驅(qū)動模型的預(yù)測性能決定系 數(shù)大小對比結(jié)果示意圖；
[0051]圖25為以母液純度為模型輸出時，采用RBF構(gòu)建數(shù)據(jù)驅(qū)動模型的預(yù)測性能決定系 數(shù)大小對比結(jié)果示意圖；
[0052]圖26為以母液純度為模型輸出時，采用ELM構(gòu)建數(shù)據(jù)驅(qū)動模型的預(yù)測性能決定系 數(shù)大小對比結(jié)果示意圖；
[0053] 圖27為以母液純度為模型輸出時，采用SVR構(gòu)建數(shù)據(jù)驅(qū)動模型的預(yù)測性能決定系 數(shù)大小對比結(jié)果示意圖；
[0054] 圖28為以母液純度為模型輸出時，采用LSSVR構(gòu)建數(shù)據(jù)驅(qū)動模型的預(yù)測性能決定 系數(shù)大小對比結(jié)果示意圖；
[0055] 圖29為以母液純度為模型輸出時，采用TSVR構(gòu)建數(shù)據(jù)驅(qū)動模型的預(yù)測性能決定 系數(shù)大小對比結(jié)果示意圖；
[0056] 圖30為本發(fā)明實施例十中裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0057] 圖31為本發(fā)明所述的煮糖結(jié)晶過程智能集成測控系統(tǒng)的硬件架構(gòu)示意圖；
[0058] 圖32為本發(fā)明所述的煮糖結(jié)晶過程智能集成測控系統(tǒng)的多任務(wù)進程管理器架構(gòu) 圖；
[0059]圖33為本發(fā)明所述的煮糖結(jié)晶過程智能集成測控系統(tǒng)的智能軟測量組件架構(gòu) 圖；
[0060]圖34為本發(fā)明所述的煮糖結(jié)晶過程智能集成測控系統(tǒng)的軟件架構(gòu)示意圖。
[0061] 結(jié)合附圖在其上標(biāo)記以下附圖標(biāo)記：
[0062]1-攪拌機構(gòu)，2-糖膏液位，3-糖膏錘度，4-入料流量，5-物料入口，6-冷凝水出 口，7-真空蒸發(fā)，8-真空度，9-糖膏溫度，10-蒸汽入口，11-蒸汽壓力，12蒸汽溫度。
【具體實施方式】
[0063] 下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的【具體實施方式】進行詳細(xì)描述，但應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的保 護范圍并不受【具體實施方式】的限制。
[0064] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的無法對煮糖結(jié)晶過程中部分參數(shù)無法進行直接測量 的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種用于煮糖結(jié)晶的數(shù)據(jù)監(jiān)測方法和系統(tǒng)。
[0065] 實施例一
[0066] 如圖1所示，該方法包括：