一种用于煮糖结晶的数据监测方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于煮糖结晶的数据监测方法和系统，其中，该方法包括：获取煮糖结晶过程的实时工艺数据以及历史工艺数据；对所述历史工艺数据进行归一化处理，并随机划分为训练集和测试集，采用孪生支持向量回归机构建煮糖结晶过程中母液过饱和度和母液纯度的数据驱动模型；根据粒子群优化算法和10折交叉验证方法对数据驱动模型进行迭代寻优，获取优化后的数据驱动模型；根据所述测试集对所述优化后的数据驱动模型进行性能测试；根据所述实时工艺数据和所述优化后的数据驱动模型对母液过饱和度和母液纯度进行测量；根据所述母液过饱和度和母液纯度计算煮糖结晶过程晶粒含量和晶体粒度分布。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及煮糖结晶过程中数据测量和监测
，具体地，涉及一种用于煮 糖结晶的数据监测方法和系统。
技术介绍
目前用于煮糖结晶过程的自动控制系统的功能和结构上基本一致，大体分为数据 采集、数据展示、数据处理和执行机构四大部分。煮糖结晶过程自动控制系统构建的思路 是：首先通过各种硬件传感器获取煮糖结晶过程的实时状态参数（比如真空度、糖膏温度、 液位、蒸汽温度、蒸汽压力、糖膏锤度等状态参数），然后通过现场总线传输至上位机监控系 统，上位机监控系统经过数据展示和数据处理之后，再将处理结果反馈到下位机控制单元， 最终由下位机控制单元发出控制指令到执行机构，从而实现控制和调节执行机构。 现有的煮糖结晶过程的自动控制系统通过传感器设备采集得到过程的参数之后， 经过上位机监控系统的处理，能够准确根据工艺控制要求，完成对过程对象的有效控制。但 当过程机理和过程对象比较复杂时，而且存在难以或者无法通过传感器设备进行测量的关 键参数（比如煮糖结晶过程母液纯度、母液过饱和度、晶体粒度分布和晶粒含量）时，煮糖 结晶过程的自动控制系统就难以实现对这些关键参数实施有效的控制策略。 因此，现有煮糖结晶过程自动控制系统所存在的不足，主要体现在缺乏能够对难 以或者无法通过传感器设备进行直接在线测量的关键过程参数实现在线检测的智能单元， 导致难以甚至无法实现不易直接在线测量参数的有效在线控制及优化。 随着软测量建模技术为代表的智能检测技术的不断发展，加上煮糖结晶过程母液 过饱和度、纯度等关键参数难以通过传感器进行测量，煮糖结晶过程自动控制系统需要并 能够集成具有智能性的检测单元，从而在煮糖结晶生产过程中实现对不易直接在线测量参 数的在线检测。煮糖结晶过程的母液纯度、母液过饱和度、晶体粒度分布和晶粒含量等参数 是关系到煮糖结晶过程质量的关键参量，由于目前技术水平的限制，缺乏相应的在线检测 单元及装置，导致煮糖结晶过程的先进控制算法和优化策略只能停留在理论探讨上，却难 以在煮糖结晶生产过程中实施应用，这些关键参数的在线测量对煮糖结晶过程的自动控制 及优化具有重要意义。 随着技术的发展和多学科交叉融合，结合人工智能技术和检测技术，研宄不易测 量关键参量的在线预测估计已成为一个重要的研宄领域。目前基于软测量技术的智能检测 技术已经广泛应用于石油化工、生物制药以及食品工程等领域，并取得了广泛的研宄成果， 所构建的软测量模型具有稳定性好、可靠性高等特点。由于煮糖结晶过程异常复杂，目前还 没有相应的煮糖结晶过程自动系统能够很好地将智能软测量技术应用到具体的煮糖结晶 过程关键参数检测当中。 研宄煮糖结晶过程多智能集成自动控制系统的目的不仅是实现煮糖结晶过程常 规参数的在线测量与控制，而且还考虑煮糖结晶过程的简化机理模型，通过结合人工智能 技术和检测技术，建立煮糖结晶过程不易测量关键参数的智能软测量单元，以软件代替硬 件，实现煮糖结晶过程难测参量的在线预测估计，从而实现煮糖结晶过程的综合优化控制。 因此，构建具有智能软测量单元的煮糖结晶过程智能集成自动控制系统具有重要意义和广 阔的发展前景。现有技术中尚未有用于工业生产煮糖过程无法通过传感器直接测量的关键 参数进行在线监测的相关报道。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的无法对煮糖结晶过程中部分参数无法进行直接测量 的技术问题，本专利技术提出了一种用于煮糖结晶的数据监测方法和系统。 该用于煮糖结晶的数据监测方法，包括： 获取煮糖结晶过程的实时工艺数据以及历史工艺数据； 对所述历史工艺数据进行归一化处理，并随机划分为训练集和测试集，采用孪生 支持向量回归机构建煮糖结晶过程中母液过饱和度和母液纯度的数据驱动模型； 根据粒子群优化算法和10折交叉验证方法对数据驱动模型进行迭代寻优，获取 优化后的数据驱动模型； 根据所述测试集对所述优化后的数据驱动模型进行性能测试； 根据所述实时工艺数据和所述优化后的数据驱动模型对母液过饱和度和母液纯 度进行测量； 根据所述母液过饱和度和母液纯度计算煮糖结晶过程晶粒含量和晶体粒度分布。 该用于煮糖结晶的数据监测系统，包括： 数据获取模块，用于获取煮糖结晶过程的实时工艺数据以及历史工艺数据； 处理构建模块，用于对所述历史工艺数据进行归一化处理，并随机划分为训练集 和测试集，采用孪生支持向量回归机构建煮糖结晶过程中母液过饱和度和母液纯度的数据 驱动模型； 模型寻优模块，用于根据粒子群优化算法和10折交叉验证方法对数据驱动模型 进行迭代寻优，获取优化后的数据驱动模型； 模型测试模块，用于根据所述测试集对所述优化后的数据驱动模型进行性能测 试； 第一测量模块，用于根据所述实时工艺数据和所述优化后的数据驱动模型对母液 过饱和度和母液纯度进行测量； 第二测量模块，用于根据所述母液过饱和度和母液纯度计算煮糖结晶过程晶粒含 量和晶体粒度分布。 本专利技术的用于煮糖结晶的数据监测方法和系统，智能化程度高，软测量组件的设 计可实现对煮糖过程难以直接测量的关键参量进行在线预测；多点布控，可实时显示整个 煮糖过程的工艺参数，实现全自动监控。稳定可靠，多任务进程管理器的设计实现对各模块 的运行管理及调度，可对异常模块进行自动重启，克服了 Windows平台进程不稳定的缺点， 提高了稳定性和可靠性。硬件模块化设计和软件组件式的设计使煮糖结晶过程智能集成测 控系统具有强大的扩展能力和开放性。 本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变 得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在所写的说明 书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。 下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。【附图说明】 附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实 施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中： 图1为本专利技术实施例一的用于煮糖结晶的数据监测方法的流程图； 图2为本专利技术实施例二的用于煮糖结晶的数据监测系统的结构示意图； 图3为本专利技术实施例三的流程图； 图4为本专利技术实施例四的流程图； 图5为本专利技术实施例中构建数据驱动模型的流程图； 图6为本专利技术实施例的中步骤S403的流程图； 图7为本专利技术实施例中步骤S406的流程图； 图8为本专利技术实施例中构建数据驱动模型的具体流程图； 图9为本专利技术实施例的煮糖结晶过程原理示意图； 图10为惩罚因子C = 2时，根据数据驱动模型预测的RMSE随y、e变化的示意 图；图11为惩罚因子C=100时，根据数据驱动模型预测的RMSE随y、e变化的示 意图； 图12为Y = 8时，根据数据驱动模型预测的RMSE随C、e变化的示意图； 图13为e =0.25时，根据数据驱动模型预测的RMSE随C、y变化的示意图； 图14为以母液过饱和度为模型输出时，煮糖结晶过程数据驱动模型对测试样本 集的预测结果的示意图； 图15为以母液过饱和度为模型输出时，煮糖结晶过程数据驱动模型对测试样本 集的预测误差的示意图； 图16为以母液纯度为模型输出时，煮糖结晶过程数据驱动模型对测试样本集的 预测结果的示意图； 图17为以母液纯度为模型输出时，煮糖结晶过程数据驱动模型对测试样本集的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于煮糖结晶的数据监测方法，其特征在于，包括：获取煮糖结晶过程的实时工艺数据以及历史工艺数据；对所述历史工艺数据进行归一化处理，并随机划分为训练集和测试集，采用孪生支持向量回归机构建煮糖结晶过程中母液过饱和度和母液纯度的数据驱动模型；根据粒子群优化算法和10折交叉验证方法对数据驱动模型进行迭代寻优，获取优化后的数据驱动模型；根据所述测试集对所述优化后的数据驱动模型进行性能测试；根据所述实时工艺数据和所述优化后的数据驱动模型对母液过饱和度和母液纯度进行测量；根据所述母液过饱和度和母液纯度计算煮糖结晶过程晶粒含量和晶体粒度分布。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：蒙艳玫，郑康元，李文星，胡飞红，庞海锋，陆冠成，唐志宏，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：广西;45