Detección de Fallos Robusta en el Monitoreo de Procesos Químicos Usando PCA Multiescala con Enfoque KD
Autores: Kini, K. Ramakrishna; Madakyaru, Muddu; Harrou, Fouzi; Vatti, Anoop Kishore; Sun, Ying
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Detección de Fallos Robusta en el Monitoreo de Procesos Químicos Usando PCA Multiescala con Enfoque KD
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Química
Palabras clave
Detección de fallos
Procesos químicos
Análisis de Componentes Principales Multiescala
Reducción de ruido
Distancia de Kantorovich
Anomalías
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 29
Citaciones: Sin citaciones
La detección efectiva de fallos en procesos químicos es de suma importancia para garantizar la seguridad operativa, minimizar el impacto ambiental y optimizar la eficiencia de producción. Para mejorar el monitoreo de procesos químicos en condiciones ruidosas, se ha introducido un enfoque estadístico innovador en este estudio. El enfoque propuesto, llamado Análisis de Componentes Principales Multiescala (PCA), combina las capacidades de reducción de dimensionalidad del PCA con las capacidades de reducción de ruido del filtrado basado en wavelets. El enfoque integrado se centra en extraer características de la representación multiescala, equilibrando la necesidad de retener información importante del proceso mientras se minimiza el impacto del ruido. Para la detección de fallos, se emplea un esquema de monitoreo impulsado por la distancia de Kantorovich (KD) basado en características extraídas del PCA multiescala para detectar eficientemente anomalías en datos multivariantes. Además, se emplea un umbral de decisión no paramétrico a través de la estimación de densidad de kernel para mejorar la flexibilidad del enfoque propuesto. El rendimiento de detección del enfoque propuesto se investiga utilizando datos recopilados de columnas de destilación y reactores de tanque agitado continuamente (CSTR) bajo diversas condiciones ruidosas. Se consideran diferentes tipos de fallos, incluidos fallos de sesgo, intermitentes y de deriva. Los resultados revelan el rendimiento superior del enfoque propuesto basado en PCA-KD multiescala en comparación con los métodos de monitoreo convencionales basados en PCA y PCA multiescala.
Descripción
La detección efectiva de fallos en procesos químicos es de suma importancia para garantizar la seguridad operativa, minimizar el impacto ambiental y optimizar la eficiencia de producción. Para mejorar el monitoreo de procesos químicos en condiciones ruidosas, se ha introducido un enfoque estadístico innovador en este estudio. El enfoque propuesto, llamado Análisis de Componentes Principales Multiescala (PCA), combina las capacidades de reducción de dimensionalidad del PCA con las capacidades de reducción de ruido del filtrado basado en wavelets. El enfoque integrado se centra en extraer características de la representación multiescala, equilibrando la necesidad de retener información importante del proceso mientras se minimiza el impacto del ruido. Para la detección de fallos, se emplea un esquema de monitoreo impulsado por la distancia de Kantorovich (KD) basado en características extraídas del PCA multiescala para detectar eficientemente anomalías en datos multivariantes. Además, se emplea un umbral de decisión no paramétrico a través de la estimación de densidad de kernel para mejorar la flexibilidad del enfoque propuesto. El rendimiento de detección del enfoque propuesto se investiga utilizando datos recopilados de columnas de destilación y reactores de tanque agitado continuamente (CSTR) bajo diversas condiciones ruidosas. Se consideran diferentes tipos de fallos, incluidos fallos de sesgo, intermitentes y de deriva. Los resultados revelan el rendimiento superior del enfoque propuesto basado en PCA-KD multiescala en comparación con los métodos de monitoreo convencionales basados en PCA y PCA multiescala.