摘要：一般铝酸钠溶液组分浓度数值很难进行实时在线检验，氧化铝工厂只能使用人工定时采集样本，化验室滴定检验的方式。这种方式不仅操作复杂、检验成本较高，而且有较大滞后，会给氧化铝各个工序产品品质闭环操控和优化带来较大的影响。而软测量方法是解决检测参数评估困难的有效方式，使用这种技术在线预估铝酸钠溶液组分浓度，是处理组分浓度在线测验问题的有效方式。但是为了避开单独研究各个工序的铝酸钠溶液组分浓度数值，本文重点研究了HRNNPLS建模型铝酸钠溶液组分浓度数值软测量方式。
关键词：氧化铝；铝酸钠溶液；软测量方法
引言
铝酸钠溶剂是使用拜耳法制造氧化铝过程中产生的物质，存在于生产全过程，它主要由苛性碱成分、氧化铝成分及碳酸碱成分构成，因此需要使用自动分析仪器，通过检验物理数值确定溶剂的组分浓度数值，分析速度快，不仅代表了过程操控分析的趋势，而且是进行生产自动操控的必要过程，可以有效提升氧化铝产量、降低消耗、减少工作强度。
1问题描述
氧化铝制作过程中铝酸钠溶液组分浓度数值和温度、电导几率存在复杂的联系，只用机理模式很难描述，因此选择机理相似模型和神经网络相融合的混合建模型方式根据苟性碱物质和氧化铝浓度数值建立模型。补偿模式的输入变量即温度和电导几率呈现共线关系，因此使用算法预先处置，作为神经网络补偿模式的输入，主元变化量去掉共线的时候，还可以调低输入变化量的维数，简化神经网络。总之铝酸钠溶液组分浓度软测量方式出入的联系如下：
.png)
其中T1，d1，T2，d2，T3，d3是铝酸钠溶剂当中三个不一样的温度和电导率数值。
2铝酸钠溶液组分浓度软测量模型结构
铝酸钠溶液组分浓度测量方式主要由数据搜集预处置，苛性碱和氧化铝浓度数值软测量方式，碳酸碱浓度数值软测量模式等部分构成，如图表1。
.png)
图1 铝酸钠溶液组分浓度测量方法结构图
2.1数据采集及预处理
现场搜集到的铝酸钠溶剂温度和电导几率数值，先要进行滤波、离群点辨别等预处置，然后建立模型进行测试。
2.2苛性碱、氧化铝浓度软测量模型
在分析铝酸钠溶剂组分浓度特征的基础上，按照温度和电导几率之间的相似直线联系，进一步推断出苛性碱成分和氧化铝成分浓度的机理相似模型。苛性碱浓度机理相似模式使用三组温度数值和电导几率输入变化量，它的计算结果 主要用在氧化铝浓度数值 的核算。对于两种组分浓度机理相似模式的误差数值 和 ，主要使用PCA和神经网络结合在一起的方式弥补，铝酸钠溶剂当中的苛性碱物质和氧化铝物质组分浓度软测量模式的最后输出数值是 和 。
.png)
2.3碳酸碱浓度软测量模型
根据特征分析碳酸碱浓度数值和苛性碱、氧化铝浓度数值存在联系，因此把苛性碱和氧化铝物质浓度软测量数值 和 当成一部分输入变化量，得出了以同步聚类和TSK模糊模式结合在一起的碳酸碱浓度软测量方式，获得碳酸碱物质浓度核算数值 。碳酸碱浓度数值软测量模式的最后输出 计算公式是：
.png)
3铝酸钠溶液组分浓度软测量方法的应用
3.1实验对象描述
兰州铝业有限公司创立于1958年，公司到现在一共制造铝商品730万吨，销售收入达到880亿元，成功引领带动国内有色金属产业和地区社会经济发展，兰州氢氧化铅工厂在使用拜耳法制造氧化的过程中，锅酸钠溶液组分浓度还是采用人工定时采集样品，化验室滴定解析的方式，会有指导生产不及时的情况。因此有必要采取酸钠溶液组分浓度在线测验方式。
3.2系统软硬件描述
铝酸钠溶液组分浓度分析电导使用的1055BT型电导率仪器是由美国ROSEMOUNT公司制造的，配备了拥有抗侵蚀、耐高温等特征的228型电导几率测试探头，温度检测范围是0度到200度，电导测试范围是0到2000ms/cm；PLC使用的SMATIC S7 -200型号可编程操控器，PLC和工控仪器之间使用Profibus总线进行数据传输；监控软件使用经过二次开发的Wincc6.0组态软件。
3.3实验数据采集
模式输入数值温度电导 X300×6 =[T1，d1，T2，d2，T3，d3]T，输出数值铝酸钠溶剂组分浓度数值Y300×3=[cK，cA，cC]T。为了避免溶剂当中混入的小气泡和固体小颗粒影响测量精确度，使用中位数值平均滤波方式提前处置输入输出数值样本。预处置之后的数值当成组分浓度软测量模式的离线培训数值，然后使用提前留下的150组样本数值检测建立的锅酸钠溶剂组分浓度团测量模式的特性和精确度。
第一步：使用正交试验数据，获得下面的方程：
.png)
计算当中先去除虚根，在实根里面假设根数值的范围是190到230中间，如果有两个以上数值满足上述条件，那么寻找和上一次计算数值最接近的根数值作为这一次的计算数值
第二步：获得待定系数
.png)
将cK的计算数值 放入上式，得到cA的计算数值 。
第三步：培训神经网络补偿模式。先使用PCA提出主元，方差累计贡献几率核算结果如表1显示。
表1 主成分和方差贡献几率
.png)
按照累计贡献几率数值，选取三个主元，加入 、 一共五个变化量当成神经网络输入数值，选择12个神经网络隐藏层节点数值。
第四步：使用同步聚类计算方法先聚类数值，用于设定全新规则的θ阈值对TSK模糊的L数量造成影响。因此使用不一样的θ数值获得不同的L数值，然后计算模式的均方根数值误差，结果如图表2显示。
表2 不同θ相应的RMSE结果
.png)
因此最后选择阈值θ是0.6，150个建模型数值获得21种数值。然后使用更稳定的参数更新计算方法，对碳酸碱浓度进行模糊建模型。
第五步：使用完成的软测量模式测试，核算锅酸钠溶剂三个组分的浓度数值。
3.4实验结果
为了解决碳酸碱浓度成立机理模式困难的情况，使用了以同步聚类和数个TSK模糊结合在一起的碳酸碱浓度软测量方式，使用上述方法测试氧化铝制造过程中铝酸钠溶液组分浓度，最终证明方法可行。分析两个铝酸钠溶液组分浓度数值软测量方式的使用范围和特性，发现都有优缺点。数据驱动建模型方式虽然精度不高，但是方式简单，而且更容易推广，而混合建模式方式由于全面分析了过程机理特征，因此精度很高。
4总结
作为氧化铝制造当中出现的重要物质之一，铝酸钠溶剂出现在整个氧化铝制造当中，主要构成苛性碱物质、氧化铝物质和碳酸碱物质的浓度数值是重要技术数值，因此在线检验铝酸钠组分浓度是目前氧化铝制造企业的主要工作，另外本文叙述的氧化锦制造当中锅酸钠溶剂组分浓度软测量方式的研究只是进行氧化加工各个程序优化操控的前期工序，还需要深入研究怎样使用组分浓度操控优化各个工序。
参考文献：
[1]王魏.氧化铝生产过程铝酸钠溶液组分浓度软测量方法的研究[D].东北大学，2011.
[2]王魏，赵立杰，岳恒，柴天佑.铝酸钠溶液组分浓度在线分析仪的研制[J].控制工程，2010，17（01）：71-74+122.
论文作者:李玉斌
论文发表刊物:《基层建设》2019年第31期
论文发表时间:2020/4/14
标签：浓度论文; 数值论文; 组分论文; 氧化铝论文; 酸钠论文; 溶液论文; 测量论文; 《基层建设》2019年第31期论文;