本發(fā)明涉及智能化控制，特別是一種基于溫壓平衡的沼氣制天然氣的scada控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、沼氣來源于生物質(zhì)廢棄物的厭氧發(fā)酵，經(jīng)過一系列的化學(xué)反應(yīng)可以轉(zhuǎn)化為具有高附加值的甲烷，這不僅能夠降低溫室氣體排放，還能夠?qū)崿F(xiàn)能源循環(huán)利用，為了提高沼氣制天然氣工藝的效率，傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)通常依賴于簡單的溫度和壓力監(jiān)測，然而，這種監(jiān)測方式無法有效應(yīng)對復(fù)雜的工藝條件變化，尤其是在溫度和壓力波動較大時，系統(tǒng)容易出現(xiàn)控制滯后或者調(diào)節(jié)不準(zhǔn)確的情況，進而影響生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性和能源利用效率，近年來，隨著自動化控制技術(shù)的進步，scada數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于沼氣制天然氣工藝的監(jiān)控和管理中，scada系統(tǒng)通過實時采集、處理和反饋溫度和壓力物理參數(shù)，能夠有效實現(xiàn)對工藝流程的自動化控制，然而，現(xiàn)有scada系統(tǒng)在處理復(fù)雜的溫度壓力動態(tài)平衡問題時，依然存在優(yōu)化空間；

2、現(xiàn)有沼氣制天然氣的scada控制技術(shù)主要存在以下幾個不足之處，首先，傳統(tǒng)控制方法大多采用簡單的線性控制模型，忽略了溫度與壓力之間的非線性耦合關(guān)系，導(dǎo)致控制策略在面對復(fù)雜工藝條件變化時，響應(yīng)不足或調(diào)節(jié)滯后，同時，現(xiàn)有系統(tǒng)普遍缺乏對溫度和壓力參數(shù)之間平衡關(guān)系的精確建模，系統(tǒng)的反饋控制策略往往難以在多變量條件下實現(xiàn)最優(yōu)控制，導(dǎo)致能源浪費和生產(chǎn)效率下降，此外，當(dāng)前的控制系統(tǒng)在異常工況的應(yīng)對上表現(xiàn)不足，難以實現(xiàn)對溫壓狀態(tài)的實時監(jiān)控及預(yù)警，特別是在溫度和壓力的動態(tài)波動超出預(yù)設(shè)范圍時，常常無法及時做出反應(yīng)，從而引發(fā)潛在的安全隱患，因此，現(xiàn)有技術(shù)需要一種能夠充分考慮溫度與壓力間耦合關(guān)系的精細化控制方法，結(jié)合先進的人工智能技術(shù)提升對復(fù)雜工藝條件的適應(yīng)性和控制精度。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、鑒于上述現(xiàn)有存在的問題，提出了本發(fā)明。

2、因此，本發(fā)明提供了一種基于溫壓平衡的沼氣制天然氣的scada控制方法及系統(tǒng)解決傳統(tǒng)控制方法大多采用簡單的線性控制模型，忽略了溫度與壓力之間的非線性耦合關(guān)系，導(dǎo)致控制策略在面對復(fù)雜工藝條件變化時，響應(yīng)不足或調(diào)節(jié)滯后的問題。

3、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

4、第一方面，本發(fā)明實施例提供了一種基于溫壓平衡的沼氣制天然氣的scada控制方法，其包括，

5、在生物質(zhì)沼氣制天然氣工藝裝置上安裝高精度的溫度傳感器和壓力傳感器，用于實時獲取溫度和壓力平衡參數(shù)，并通過數(shù)據(jù)清洗算法去除噪聲和異常值；

6、使用線性回歸模型捕捉溫度與壓力之間的線性關(guān)系，使用自適應(yīng)學(xué)習(xí)模型捕捉溫度與壓力之間的非線性關(guān)系；

7、根據(jù)線性回歸模型和自適應(yīng)學(xué)習(xí)模型的輸出結(jié)合邏輯回歸模型構(gòu)建并實時調(diào)整溫壓平衡模型，將實時采集的溫度和壓力輸入溫壓平衡模型中，根據(jù)模型預(yù)測出當(dāng)前環(huán)境下最優(yōu)的溫壓設(shè)定值，控制模塊通過最優(yōu)的溫壓設(shè)定值調(diào)整加熱器、冷卻器和壓力調(diào)節(jié)閥的工作狀態(tài)；

8、定義壓力表之間的壓差，設(shè)定閾值，當(dāng)內(nèi)部的溫壓狀態(tài)超出設(shè)定閾值時，觸發(fā)警報并記錄事件日志；根據(jù)異常情況的嚴(yán)重程度，自動啟動相應(yīng)的應(yīng)急措施。

9、作為本發(fā)明所述基于溫壓平衡的沼氣制天然氣的scada控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述在生物質(zhì)沼氣制天然氣工藝裝置上安裝高精度的溫度傳感器和壓力傳感器，用于實時獲取溫度和壓力平衡參數(shù)，具體步驟為，

10、在生物質(zhì)沼氣制天然氣工藝的進料口的位置安裝溫度傳感器和壓力傳感器，分別收集沼氣的溫度和壓力；

11、設(shè)置初始的溫度和壓力平衡參數(shù)，即設(shè)定目標(biāo)溫度范圍為到，其中，表示目標(biāo)最低溫度，表示目標(biāo)最高溫度，目標(biāo)壓力范圍為到，表示目標(biāo)最小壓力，表示目標(biāo)最大壓力；

12、根據(jù)目標(biāo)溫度范圍和目標(biāo)壓力范圍計算溫壓平衡參數(shù)，即初始目標(biāo)溫度和初始目標(biāo)壓力；

13、在中央控制室內(nèi)的scada主機中安裝控制模塊，將初始目標(biāo)溫度和初始目標(biāo)壓力設(shè)置到控制模塊中，根據(jù)設(shè)定的溫壓平衡參數(shù)調(diào)整加熱器、冷卻器和壓力調(diào)節(jié)閥的工作狀態(tài)。

14、作為本發(fā)明所述基于溫壓平衡的沼氣制天然氣的scada控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述通過數(shù)據(jù)清洗算法去除噪聲和異常值，具體步驟為，

15、設(shè)定采集頻率，定期從各傳感器讀取溫度和壓力數(shù)據(jù)，并將其傳輸?shù)街醒肟刂剖业膕cada主機中；

16、在scada主機中配置數(shù)據(jù)庫，將采集的溫度和壓力數(shù)據(jù)按照時間戳進行存儲，存儲在數(shù)據(jù)庫中；

17、使用數(shù)據(jù)清洗算法，去除采集數(shù)據(jù)中的噪聲和異常值；

18、然后將經(jīng)過數(shù)據(jù)清洗后的數(shù)據(jù)進行標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到標(biāo)準(zhǔn)化后的溫度和壓力。

19、作為本發(fā)明所述基于溫壓平衡的沼氣制天然氣的scada控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述使用線性回歸模型捕捉溫度與壓力之間的線性關(guān)系，使用自適應(yīng)學(xué)習(xí)模型捕捉溫度與壓力之間的非線性關(guān)系，具體步驟為，

20、溫度和壓力之間的線性關(guān)系表示為：

21、；

22、其中，表示線性回歸模型的輸出，即溫度與壓力之間的線性關(guān)系，為偏置項，和表示溫度和壓力的回歸系數(shù)，和示標(biāo)準(zhǔn)化后的溫度和壓力；

23、自適應(yīng)學(xué)習(xí)模型使用多層感知器結(jié)構(gòu)，其輸出表示為：

24、；

25、其中，表示自適應(yīng)學(xué)習(xí)模型的輸出，即溫度與壓力之間的非線性關(guān)系，表示自適應(yīng)學(xué)習(xí)模型的權(quán)重矩陣，表示偏執(zhí)向量，表示激活函數(shù)sigmoid函數(shù)。

26、作為本發(fā)明所述基于溫壓平衡的沼氣制天然氣的scada控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述根據(jù)線性回歸模型和自適應(yīng)學(xué)習(xí)模型的輸出結(jié)合邏輯回歸模型構(gòu)建并實時調(diào)整溫壓平衡模型，將實時采集的的溫度和壓力輸入溫壓平衡模型中，根據(jù)模型預(yù)測出當(dāng)前環(huán)境下最優(yōu)的溫壓設(shè)定值，控制模塊通過最優(yōu)的溫壓設(shè)定值調(diào)整加熱器、冷卻器和壓力調(diào)節(jié)閥的工作狀態(tài)，具體步驟為，

27、使用邏輯回歸模型作為溫壓平衡模型的基礎(chǔ)，根據(jù)線性回歸模型的輸出和自適應(yīng)學(xué)習(xí)模型的輸出預(yù)測出最終的溫壓平衡值，溫壓平衡模型的表達式為：

28、；

29、其中，表示最終預(yù)測的溫壓平衡值，為偏置項，和分別表示和的權(quán)重，表示指數(shù)函數(shù)的底數(shù)；

30、根據(jù)最終預(yù)測的溫壓平衡值計算得到當(dāng)前環(huán)境下的最優(yōu)溫度和壓力設(shè)定值，表達式為：

31、；

32、；

33、其中，表示最優(yōu)溫度設(shè)定值，表示最優(yōu)壓力設(shè)定值；

34、將得到的最優(yōu)溫度設(shè)定值和最優(yōu)壓力設(shè)定值發(fā)送至控制模塊，通過控制模塊對加熱器、冷卻器和壓力調(diào)節(jié)閥進行實時調(diào)整。

35、作為本發(fā)明所述基于溫壓平衡的沼氣制天然氣的scada控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述定義壓力表之間的壓差，設(shè)定閾值，當(dāng)內(nèi)部的溫壓狀態(tài)超出設(shè)定閾值時，立即觸發(fā)警報并記錄事件日志，具體步驟為，

36、通過安裝在進料口位置的三個壓力傳感器，收集壓力；

37、設(shè)定三個壓力傳感器收集的壓力值分別為、和；

38、根據(jù)壓力值、和，計算各壓力表之間的壓差，表達式為：

39、；

40、；

41、；

42、；

43、；

44、；

45、其中，、和分別表示在進料口三個位置的壓力傳感器的壓力值，和表示和之間的絕對壓差，且計算結(jié)果相等，和表示和之間的絕對壓差，且計算結(jié)果相等，和表示和之間的絕對壓差，且計算結(jié)果相等；

46、設(shè)定每個壓差的閾值為；

47、在正常運行狀態(tài)下，兩個壓力傳感器位置之間的壓力差不會超過該閾值；

48、當(dāng)任意兩個壓力傳感器位置之間的壓力差超過或等于該閾值，則判斷為異常。

49、作為本發(fā)明所述基于溫壓平衡的沼氣制天然氣的scada控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述根據(jù)異常情況的嚴(yán)重程度，自動啟動相應(yīng)的應(yīng)急措施，具體為，

50、當(dāng)和的值都大于或等于時，則判斷壓力值的壓力傳感器出現(xiàn)了問題，當(dāng)被判定為異常時，只使用和的數(shù)據(jù)計算壓力的平均值；

51、當(dāng)和的值都大于或等于時，則判斷壓力值的壓力傳感器出現(xiàn)了問題，當(dāng)被判定為異常時，只使用和的數(shù)據(jù)計算壓力的平均值；

52、當(dāng)和的值都大于或等于時，則判斷壓力值的壓力傳感器出現(xiàn)了問題，當(dāng)被判定為異常時，只使用和的數(shù)據(jù)計算壓力的平均值；

53、使用剩余的傳感器數(shù)據(jù)輸入到溫壓平衡模型中，得到最終的溫壓平衡值，根據(jù)最終的溫壓平衡值計算當(dāng)前環(huán)境下的最優(yōu)溫度設(shè)定值和最優(yōu)壓力設(shè)定值；

54、當(dāng)檢測到各壓力表的絕對壓差大于或等于時，并且溫壓平衡模型的預(yù)測結(jié)果顯示當(dāng)前溫壓狀態(tài)異常時，將立即觸發(fā)警報，并在scada中記錄事件日志；

55、收集實時數(shù)據(jù)，對實時數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)清洗、標(biāo)準(zhǔn)化和計算壓差的處理得到實時壓差，根據(jù)實時壓差和每個壓差的閾值計算偏差比；

56、設(shè)定偏差閾值t1、t2和t3，t1<t2<t3；

57、當(dāng)t1<偏差比≤t2時，判斷為輕微異常；

58、當(dāng)t2<偏差比≤t3時，判斷為中度異常；

59、當(dāng)t3<偏差比時，判斷為嚴(yán)重異常。

60、第二方面，本發(fā)明提供了一種基于溫壓平衡的沼氣制天然氣的scada控制系統(tǒng)，包括，傳感器模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、溫壓平衡模型模塊、控制模塊和異常檢測模塊，

61、所述傳感器模塊，通過溫度傳感器和壓力傳感器用于實時監(jiān)測沼氣制天然氣工藝中的溫度和壓力數(shù)據(jù)；

62、所述數(shù)據(jù)處理模塊，用于對采集到的溫度和壓力數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)清洗和標(biāo)準(zhǔn)化處理，同時包括計算實時壓差并與設(shè)定的閾值比較；

63、所述溫壓平衡模型模塊，包括線性回歸模型和自適應(yīng)學(xué)習(xí)模型，分別捕捉溫度和壓力的線性與非線性關(guān)系，用于將模型的輸出與邏輯回歸模型結(jié)合，構(gòu)建溫壓平衡模型，預(yù)測當(dāng)前環(huán)境下的最優(yōu)溫壓設(shè)定值，根據(jù)最終的預(yù)測值計算出最優(yōu)的溫度設(shè)定值和壓力設(shè)定值；

64、所述控制模塊，用于根據(jù)溫壓平衡模型的預(yù)測輸出，實時調(diào)整加熱器、冷卻器和壓力調(diào)節(jié)閥的工作狀態(tài)；

65、所述異常檢測模塊，用于監(jiān)控系統(tǒng)的溫壓狀態(tài)，定義壓力傳感器之間的壓差并設(shè)定閾值，當(dāng)系統(tǒng)超出設(shè)定閾值時，觸發(fā)警報并記錄事件日志，根據(jù)異常情況的嚴(yán)重程度，自動采取應(yīng)急措施。

66、第三方面，本發(fā)明實施例提供了一種計算機設(shè)備，包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計算機程序，其中：所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如本發(fā)明第一方面所述的基于溫壓平衡的沼氣制天然氣的scada控制方法的任一步驟。

67、第四方面，本發(fā)明實施例提供了一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序，其中：所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如本發(fā)明第一方面所述的基于溫壓平衡的沼氣制天然氣的scada控制方法的任一步驟。

68、本發(fā)明有益效果為：本發(fā)明通過安裝高精度的溫度和壓力傳感器，實時采集并清洗溫壓數(shù)據(jù)，結(jié)合線性回歸與自適應(yīng)學(xué)習(xí)模型，構(gòu)建了一個精確的溫壓平衡模型，該模型能夠捕捉溫度與壓力之間的線性與非線性關(guān)系，并通過邏輯回歸進一步優(yōu)化，預(yù)測出最優(yōu)的溫壓設(shè)定值，系統(tǒng)根據(jù)預(yù)測結(jié)果自動調(diào)節(jié)加熱器、冷卻器和壓力調(diào)節(jié)閥，實現(xiàn)對溫度和壓力的精確控制，確保沼氣制天然氣工藝在動態(tài)環(huán)境下的穩(wěn)定運行，此外，系統(tǒng)通過壓差監(jiān)測和設(shè)定閾值，能夠及時檢測異常工況，自動觸發(fā)應(yīng)急反應(yīng)，并根據(jù)異常嚴(yán)重程度采取不同的處理措施，保證了系統(tǒng)的安全性和可靠性，即便在個別傳感器故障的情況下，系統(tǒng)也能夠通過數(shù)據(jù)修正保持正常運行，展現(xiàn)出強大的容錯能力，總體而言，該發(fā)明提升了沼氣制天然氣工藝的自動化和智能化水平，顯著提高了能源利用效率與系統(tǒng)安全性。