一种用于煮糖结晶的数据测量方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及煮糖结晶过程的数据测量技术领域，具体地，涉及一种用于煮糖结晶 的数据测量方法和装置。
【背景技术】
[0002] 煮糖结晶过程既有传热又有传质，是一个复杂的化学和物理过程，结晶过程各种 因素存在相互影响以及相互作用。由制糖工艺学可知，蔗糖晶体的形成和长大与煮糖罐内 的结晶环境密切相关，受煮糖结晶过程温度、真空度、浓度、母液过饱和度、母液纯度等条件 所影响。
[0003] 但是，目前由于技术条件的制约，尚难以或者无法通过传统物理传感器直接测量 出煮糖结晶过程母液过饱和度和母液纯度，严重阻碍了实际煮糖结晶生产过程实用控制策 略的实施。因此，对煮糖结晶过程不可直接测量的关键参数进行在线准确预测估计，已成为 当前煮糖结晶领域迫切需要解决的问题。
[0004] 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。
[0005] 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。
[0006] 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。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。
[0007] 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。
[0008] 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。公开文献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。
[0009] 公开于该【背景技术】部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应 当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
【发明内容】
[0010] 为了解决现有技术中存在的无法对煮糖结晶过程中的母液过饱和度和母液纯度 等参数进行直接测量的技术问题，本发明提出了一种用于煮糖结晶的数据测量方法和装 置。
[0011] 本发明的用于煮糖结晶的数据测量方法，包括：
[0012] 步骤A:选择构建煮糖结晶过程中软测量数据驱动模型的辅助变量，所述辅助变 量为煮糖结晶过程中直接在线测量的状态参数；
[0013] 步骤B:将所述辅助变量作为所述数据驱动模型的输入，将母液过饱和度、母液纯 度作为所述数据驱动模型的输出，基于孪生支持向量回归机构建煮糖结晶过程的数据驱动 丰旲型；
[0014] 步骤C:计算预设的性能评价参数，根据所述性能评价参数对所述数据驱动模型 的性能进行测试；
[0015] 步骤D:采集实时状态参数，根据所述数据驱动模型计算实时母液过饱和度、母液 纯度。
[0016] 本发明的用于煮糖结晶的数据测量装置，包括：
[0017] 参数选择模块，用于选择构建煮糖结晶过程中软测量数据驱动模型的辅助变量， 所述辅助变量为煮糖结晶过程中直接在线测量的状态参数；
[0018] 模型构建模块，用于将所述辅助变量作为所述数据驱动模型的输入，将母液过饱 和度、母液纯度作为所述数据驱动模型的输出，基于孪生支持向量回归机构建煮糖结晶过 程的数据驱动模型；
[0019] 模型评价模块，用于计算预设的性能评价参数，根据所述性能评价参数对所述数 据驱动模型的性能进行测试；
[0020] 数据测算模块，用于采集实时状态参数，根据所述数据驱动模型计算实时母液过 饱和度、母液纯度。
[0021] 本实施例提供的煮糖结晶过程数据测量方法和装置，实现煮糖结晶过程的优化， 优化结果可作为煮糖结晶过程优化控制的有力依据，从而提高煮糖工艺的自动化水平，降 低人工劳动强度和生产成本。
[0022] 本发明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，或者通过实施本发明而了解。本发明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。
[0023] 下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
【附图说明】
[0024] 附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实 施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0025] 图1为本发明实施例的一种用于煮糖结晶的数据测量方法的流程图；
[0026] 图2为本发明实施例的另一种用于煮糖结晶的数据测量方法的流程图；
[0027] 图3为本发明实施例的一种用于煮糖结晶的数据测量方法中构建数据驱动模型 的流程图；
[0028] 图4为本发明实施例的一种用于煮糖结晶的数据测量方法中步骤S203的流程 图；
[0029] 图5为本发明实施例的一种用于煮糖结晶的数据测量方法中步骤S306的流程 图；
[0030] 图6为本发明实施例的一种用于煮糖结晶的数据测量方法中构建数据驱动模型 的具体流程图；
[0031] 图7为本发明实施例的煮糖结晶过程原理示意图；
[0032] 图8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；
[0033] 图9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；
[0034] 图10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；
[0035] 图11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；
[0036] 图12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；
[0037] 图13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；
[0038] 图14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；
[0039] 图15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 预测误差的示意图；
[0040] 图16为以母液过饱和度为模型输出时，采用BP构建数据驱动模型的预测性能决 定系数大小对比结果示意图；
[0041] 图17为以母液过饱和度为模型输出时，采用RBF构建数据驱动模型的预测性能决 定系数大小对比结果示意图；
[0042] 图18为以母液过饱和度为模型输出时，采用ELM构建数据驱动模型的预测性能决 定系数大小对比结果示意图；
[0043] 图19为以母液过饱和度为模型输出时，采用SVR构建数据驱动模型的预测性能决 定系数大小对比结果示意图；
[0044] 图20为以母液过饱和度为模型输出时，采用LSSVR构建数据驱动模型的预测性能 决定系数大小对比结果示意图；
[0045] 图21为以母液过饱和度为模型输出时，采用TSVR构建数据驱动模型的预测性能 决定系数大小对比结果示意图；
[0046] 图22为以母液纯度为模型输出时，采用BP构建数据驱动模型的预测性能决定系 数大小对比结果示意图；
[0047] 图23为以母液纯度为模型输出时，采用RBF构建数据驱动模型的预测性能决定系 数大小对比结果示意图；
[0048] 图24为以母液纯度为模型输出时，采用ELM构建数据驱动模型的预测性能决定系 数大小对比结果示意图；
[0049] 图25为以母液纯度为模型输出时，采用SVR构建数据驱动模型的预测性能决定系 数大小对比结果示意图；
[0050] 图26为以母液纯度为模型输出时，采用LSSVR构建数据驱动模型的预测性能决定 系数大小对比结果示意图；
[0051] 图27为以母液纯度为模型输出时，采用TSVR构建数据驱动模型的预测性能决定 系数大小对比结果示意图；
[0052] 图28为本发明实施例的用于煮糖结晶的数据测量装置的结构示意图；
[0053] 图29为本发明所述的煮糖结晶过程智能集成测控系统的硬件架构示意图；
[0054] 图30为本发明所述的煮糖结晶过程智能集成测控系统的多任务进程管理器架构 图；
[0055] 图31为本发明所述的煮糖结晶过程智能集成测控系统的智能软测量组件架构 图。
[0056]结合附图在其上标记以下附图标记：
[0057] 1-搅拌机构，2-糖膏液位，3-糖膏锤度，4-入料流量，5-物料入口，6-冷凝水出 口，7-真空蒸发，8-真空度，9-糖膏温度，10-蒸汽入口，11-蒸汽压力，12蒸汽温度。
【具体实施方式】
[0058] 下面结合附图，对本发明的【具体实施方式】进行详细描述，但应当理解本发明的保 护范围并不受【具体实施方式】的限制。
[0059] 为了解决现有技术中存在的无法对煮糖结晶过程中的母液过饱和度和母液纯度 等参数进行直接测量的技术问题，本发明提出了一种用于煮糖结晶的数据测量方法和装 置。针对煮糖结晶过程母液过饱和度和母液纯度难以在线直接测量的问题，提出基于孪生 支持向量回归机的煮糖结晶过程数据驱动模型的构建方法，通过实验验证该数据驱动建模 方法的有效性和优越性。如图7所示为本发明实施例的煮糖结晶过程原理示意图。
[0060] 随着软测量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直接测量，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。
[0061]实施例一
[0062] 如图1所示，本发明的用于煮糖结晶的数据测量方法，包括：
[0063] 步骤S101 :选择构建煮糖结晶过程中软测量数据驱动模型的辅