專(zhuān)利名稱(chēng)：在線(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)獲取、校正及過(guò)失誤差的序列補(bǔ)償方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種工業(yè)控制技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體是一種煤化工在線(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)獲取、校正及過(guò)失誤差的序列補(bǔ)償方法。

背景技術(shù)：
煤化工生產(chǎn)流程中的數(shù)據(jù)多為連續(xù)流動(dòng)著的物料，可測(cè)量，不可計(jì)數(shù)，有誤差，不嚴(yán)格符合相關(guān)數(shù)據(jù)的物料平衡、熱量平衡和其他約束條件，不具有整合性或協(xié)調(diào)性。生產(chǎn)過(guò)程優(yōu)化運(yùn)行、優(yōu)化控制與優(yōu)化管理是流程工業(yè)制造執(zhí)行系統(tǒng)節(jié)能降耗的主要內(nèi)容，協(xié)調(diào)一致的數(shù)據(jù)是企業(yè)進(jìn)行調(diào)度、核算、考評(píng)、排產(chǎn)、優(yōu)化、經(jīng)營(yíng)等的基礎(chǔ)。目前，國(guó)內(nèi)外數(shù)據(jù)校正技術(shù)在研究方面有了一定的進(jìn)展，其中約束方程可以線(xiàn)性或非線(xiàn)性的，目標(biāo)函數(shù)均是測(cè)量與校正差的最小二乘，權(quán)系數(shù)是測(cè)量值協(xié)方差矩陣的逆，已經(jīng)提出了關(guān)于測(cè)量值協(xié)方差求取的幾個(gè)方案。在誤差診斷方面，只有一些針對(duì)具體狀況的對(duì)應(yīng)方法，如整體檢驗(yàn)法、測(cè)量檢驗(yàn)法等，還沒(méi)有比較完善有效的方法。
經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，Shankar Narasimhan等在《DataReconciliation and gross Error Detection》(數(shù)據(jù)校正與過(guò)失誤差檢測(cè))(GulfPublishing Company(油氣工業(yè)出版社)，2000)一書(shū)中提出數(shù)據(jù)校正方法，雖然有對(duì)非線(xiàn)性和雙線(xiàn)性問(wèn)題的數(shù)據(jù)校正，其不足之處對(duì)于大規(guī)模實(shí)際生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題，尤其涉及測(cè)量數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)在線(xiàn)校正問(wèn)題，并沒(méi)有提出針對(duì)大規(guī)模生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)冗余性分析方法及相應(yīng)的過(guò)失誤差偵破方法。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種針對(duì)煤化工的在線(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)獲取、校正及過(guò)失誤差的序列補(bǔ)償方法，針對(duì)煤化工生產(chǎn)流程，對(duì)于系統(tǒng)內(nèi)過(guò)程拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的氣、固、液三相的流率和組分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行冗余性分析，提出了有效的動(dòng)態(tài)在線(xiàn)數(shù)據(jù)校正模型，并采用改進(jìn)型序列補(bǔ)償法對(duì)過(guò)失誤差進(jìn)行了偵破。
本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括以下步驟 步驟一，實(shí)時(shí)獲取運(yùn)行的煤化工流量測(cè)量數(shù)據(jù)和組分測(cè)量數(shù)據(jù)，采用安裝于工業(yè)裝置的管線(xiàn)或傳輸帶上的數(shù)字式計(jì)量?jī)x表自動(dòng)獲得流量測(cè)量數(shù)據(jù)，采用人工定時(shí)采樣或采用安裝于工業(yè)裝置的設(shè)備、管線(xiàn)或傳輸帶上安裝的數(shù)字式在線(xiàn)組分分析儀獲得組分測(cè)量數(shù)據(jù)。
所述數(shù)字式計(jì)量?jī)x表自動(dòng)獲得流量測(cè)量數(shù)據(jù)，具體為數(shù)字式計(jì)量?jī)x表負(fù)責(zé)測(cè)量管線(xiàn)或傳輸帶上的流量，并將獲得的流量數(shù)字訊號(hào)經(jīng)單元工業(yè)裝置的DCS(Distributed Control System，集散控制系統(tǒng))，進(jìn)入MES(ManufacturingExecutive System，制造執(zhí)行系統(tǒng))自動(dòng)地存入MES主服務(wù)器上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。
所述采用人工定時(shí)采樣獲得組分測(cè)量數(shù)據(jù)，具體為由分析人員定時(shí)去現(xiàn)場(chǎng)采樣，采得的樣品分析得到組分測(cè)量數(shù)據(jù)，并將組分測(cè)量數(shù)據(jù)錄入分析數(shù)據(jù)服務(wù)器上的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)。
所述采用數(shù)字式在線(xiàn)組分分析儀獲得組分測(cè)量數(shù)據(jù)，具體為數(shù)字式在線(xiàn)組分分析儀在工業(yè)裝置的設(shè)備、管線(xiàn)或傳輸帶上測(cè)量物質(zhì)的組分，并將獲得的組分?jǐn)?shù)字信號(hào)經(jīng)DCS，進(jìn)入MES，自動(dòng)地存入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。
所述數(shù)字式計(jì)量?jī)x表，為渦輪流量計(jì)，渦階流量計(jì)、質(zhì)量流量計(jì)或皮帶秤。
所述數(shù)字式在線(xiàn)組分分析儀，為氣相色譜儀、液相色譜儀或質(zhì)譜儀等。
步驟二，MES主服務(wù)器上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)地、連續(xù)地，按設(shè)定的頻度(一般為若干秒)，獲取數(shù)據(jù)校正任務(wù)所需要的流量測(cè)量數(shù)據(jù)和在線(xiàn)組分分析儀的組分測(cè)量數(shù)據(jù)，而對(duì)于由人工錄入的組分分析數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)服務(wù)器按設(shè)定的時(shí)間間隔(通常為每個(gè)生產(chǎn)班次、生產(chǎn)日等)，自動(dòng)地將指定的數(shù)據(jù)校正任務(wù)所需要的組分測(cè)量數(shù)據(jù)提取并打包傳輸?shù)組ES主服務(wù)器上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中去，保持實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)時(shí)間上的同步； 所述分析數(shù)據(jù)服務(wù)器，其提取組分分析數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔為數(shù)據(jù)校正時(shí)間間隔的1/n，n一般取5-10。
所述分析數(shù)據(jù)服務(wù)器，當(dāng)由于某種原因?qū)е履骋恍枰慕M分測(cè)量數(shù)據(jù)未按約定時(shí)間錄入或?qū)霑r(shí)，分析數(shù)據(jù)服務(wù)器將在數(shù)據(jù)校正時(shí)間間隔的期末自動(dòng)繼承該數(shù)據(jù)前一時(shí)段的數(shù)值，作為缺損值的替代值。
步驟三，數(shù)據(jù)校正系統(tǒng)服務(wù)器在指定的時(shí)間間隔(同步驟二中，通常為每個(gè)生產(chǎn)班次、生產(chǎn)日等)的期末，自動(dòng)地從MES主服務(wù)器讀取數(shù)據(jù)校正任務(wù)所需要的全部該時(shí)間間隔內(nèi)的流量測(cè)量數(shù)據(jù)和組分測(cè)量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)校正系統(tǒng)讀入數(shù)據(jù)校正系統(tǒng)服務(wù)器上本間隔期內(nèi)流量測(cè)量數(shù)據(jù)和組分測(cè)量數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)校正，校正后的流量數(shù)據(jù)和組分?jǐn)?shù)據(jù)存入關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，并復(fù)制一份至MES主服務(wù)器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，供動(dòng)態(tài)成本、調(diào)度優(yōu)化或技術(shù)月報(bào)等后續(xù)用戶(hù)調(diào)用。
所述流量測(cè)量數(shù)據(jù)和組分測(cè)量數(shù)據(jù)的處理，具體為流量測(cè)量數(shù)據(jù)的瞬時(shí)值在時(shí)間間隔內(nèi)積分，流量測(cè)量數(shù)據(jù)的累計(jì)值取間隔期末值與期初值的差值，間隔內(nèi)的同一組分的多個(gè)測(cè)量值取平均值等。對(duì)于經(jīng)過(guò)處理的流量測(cè)量數(shù)和組分測(cè)量數(shù)據(jù)的缺損值可以由人工補(bǔ)充。
所述數(shù)據(jù)校正系統(tǒng)，其位于數(shù)據(jù)校正系統(tǒng)服務(wù)器上，該服務(wù)器上備有與系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)上存貯數(shù)據(jù)校正模型、結(jié)構(gòu)參數(shù)和各種常數(shù)。模型、結(jié)構(gòu)參數(shù)和常數(shù)都可以根據(jù)工業(yè)裝置運(yùn)行工況的變化由人工作相應(yīng)的修改。
所述數(shù)據(jù)校正，其步驟為 ①在完成步驟一和步驟二的測(cè)量數(shù)據(jù)的獲取和同步的基礎(chǔ)上，進(jìn)行動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)校正。在煤化工流程中，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)過(guò)程拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的氣、固、液三相的流率測(cè)量數(shù)據(jù)和組分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行冗余性分析，進(jìn)行動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)校正模型； 所述動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)較正模型，其目標(biāo)函數(shù)為約束方程為 其中，

為測(cè)量數(shù)據(jù)的校正值向量，X為測(cè)量數(shù)據(jù)向量，U為未測(cè)量數(shù)據(jù)矩陣，Q為測(cè)量數(shù)據(jù)的方差-協(xié)方差矩陣，A為校正值的系數(shù)矩陣，B為未測(cè)量數(shù)據(jù)的系數(shù)矩陣，C為常數(shù)矩陣。
②在煤化工流程中涉及多個(gè)分流器裝置，對(duì)于分流器問(wèn)題采用雙線(xiàn)性方法對(duì)①中的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)校正模型進(jìn)行數(shù)據(jù)校正； 所述對(duì)于分流器問(wèn)題采用雙線(xiàn)性方法進(jìn)行數(shù)據(jù)校正，具體如下 第一步，設(shè)定從分流器流出的各流股具有各自不同組分的約束，進(jìn)行雙線(xiàn)性的數(shù)據(jù)校正，得出組分流量； 第二步，利用第一步計(jì)算得出的組分流量，計(jì)算組分流量的比值作為分流器的分流系數(shù)，將分流系數(shù)代入動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)校正模型的約束方程，再次進(jìn)行雙線(xiàn)性的數(shù)據(jù)校正。
③采用改進(jìn)型序列補(bǔ)償法對(duì)②中的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)校正模型中含有過(guò)失誤差的變量進(jìn)行偵破，具體如下 第一步，根據(jù)①建立的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)校正模型，構(gòu)建殘差和協(xié)方差矩陣 約束方程的殘差r＝AX-C； 殘差的協(xié)方差矩陣V＝AQAT。
其中X為測(cè)量數(shù)據(jù)向量、Q為測(cè)量數(shù)據(jù)的方差-協(xié)方差矩陣、A為校正值的系數(shù)矩陣、C為常數(shù)矩陣。
第二步，對(duì)每一個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)構(gòu)造檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量z，計(jì)算所有測(cè)量數(shù)據(jù)的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量，并對(duì)所有的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量|zi|按照由大到小進(jìn)行排序，得到排序后的序列S，并將序列中的最大值S(1)同第一臨界值ZC進(jìn)行比較，第一臨界值為根據(jù)給定顯著水平從檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量分布表查出的置信區(qū)間，若S(1)＜ZC，表明所有|zi|都落入置信區(qū)間，誤差偵破結(jié)束，終止運(yùn)算，輸出數(shù)據(jù)校正結(jié)果；若S(1)＞ZC，則進(jìn)行第三步。
所述構(gòu)造檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量z，具體為zi＝δiWii-1/2，其中，δi是常數(shù)，W＝QATV-1AQ，Q為測(cè)量數(shù)據(jù)的方差-協(xié)方差矩陣，A為校正值的系數(shù)矩陣。
第三步，利用過(guò)失誤差的改進(jìn)型序列補(bǔ)償法檢驗(yàn)序列S中的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量，當(dāng)序列S中的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量大于第二臨界值ZC1，第二臨界值ZC1為根據(jù)給定的顯著水平查多元正態(tài)分布統(tǒng)計(jì)表得出的置信區(qū)間，則表示有過(guò)失誤差，對(duì)測(cè)量值補(bǔ)償，返回到②，直到將所有序列S中測(cè)量數(shù)據(jù)的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量都小于第二臨界值ZC1范圍內(nèi)，表示所有的過(guò)失誤差全部進(jìn)行了檢驗(yàn)，序列S中前幾個(gè)變量含有過(guò)失誤差的可能性最大。
所述利用過(guò)失誤差的改進(jìn)型序列補(bǔ)償法檢驗(yàn)序列S中的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量，具體如下 第一步，對(duì)于沒(méi)有過(guò)失誤差變量進(jìn)行假設(shè)H0∶E(r)＝0，表示約束方程殘差r的數(shù)學(xué)期望； 第二步，對(duì)于有過(guò)失誤差變量集合中的變量建立N個(gè)備選假設(shè)H1∶E(r)＝bfi，其中，b為過(guò)失誤差的值，fi∈{Aei，k∈Pos}，ei為第i個(gè)變量的隨機(jī)誤差，Pos是序列S中前N個(gè)變量所在位置的集合； 第三步，構(gòu)造序列S中的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量T，利用序列補(bǔ)償法進(jìn)行迭代，如果序列S中的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量值小于臨界值，回到②；若序列S中的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量大于第二臨界值ZC1，對(duì)測(cè)量值補(bǔ)償。
所述構(gòu)造序列S中的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量，具體為 其中，T為序列S中的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量，sup為求上限。
所述對(duì)測(cè)量值補(bǔ)償，具體為測(cè)量值補(bǔ)償為Xc＝X-bc1ei1-bc2ei2-…其中補(bǔ)償向量為bc、ei為第i個(gè)變量的隨機(jī)誤差，并用補(bǔ)償后的Xc替代測(cè)量值X。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果本發(fā)明方法將有效對(duì)系統(tǒng)內(nèi)過(guò)程拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的氣、固、液三相的流率和組分?jǐn)?shù)據(jù)開(kāi)展冗余性分析，同時(shí)采用改進(jìn)型序列補(bǔ)償法用于過(guò)失誤差的偵破，并對(duì)復(fù)雜過(guò)程的主要工藝物流進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)(流率和組分)的基于組分平衡的在線(xiàn)數(shù)據(jù)校正。本發(fā)明對(duì)大規(guī)模生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)的過(guò)失誤差偵破率提高30％，減少運(yùn)行時(shí)間和迭代次數(shù)。



圖1是煤化工在線(xiàn)數(shù)據(jù)校正系統(tǒng)數(shù)據(jù)流示意圖； 圖2是煤化工生產(chǎn)流程中物料和能量的關(guān)聯(lián)圖； 圖3是煤化工流程數(shù)據(jù)校正模型的節(jié)點(diǎn)-流股圖。

具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
步驟一，從運(yùn)行的工業(yè)裝置中實(shí)時(shí)地獲取煤化工流量測(cè)量數(shù)據(jù)和組分測(cè)量數(shù)據(jù)，采用安裝于工業(yè)裝置的管線(xiàn)或傳輸帶上的數(shù)字式計(jì)量?jī)x表自動(dòng)獲得流量測(cè)量數(shù)據(jù)，采用人工定時(shí)采樣或采用安裝于工業(yè)裝置的設(shè)備、管線(xiàn)或傳輸帶上安裝的數(shù)字式在線(xiàn)組分分析儀獲得組分測(cè)量數(shù)據(jù)。
圖1是煤化工在線(xiàn)數(shù)據(jù)校正數(shù)據(jù)流示意圖。為實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)組分?jǐn)?shù)據(jù)校正任務(wù)，需要從運(yùn)行的工業(yè)裝置中實(shí)時(shí)地獲取兩類(lèi)數(shù)據(jù)，其中流量測(cè)量數(shù)據(jù)經(jīng)安裝于工業(yè)裝置的管線(xiàn)或傳輸帶(皮帶等)上的數(shù)字式計(jì)量?jī)x表(如渦輪流量計(jì)，渦防流量計(jì)、質(zhì)量流量計(jì)和皮帶秤等)，儀表的流量數(shù)字訊號(hào)經(jīng)單元工業(yè)裝置的集散控制系統(tǒng)DCS，進(jìn)入MES自動(dòng)地存入MES主服務(wù)器上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中。
步驟二，MES主服務(wù)器上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)地、連續(xù)地，按設(shè)定的頻度(一般為幾秒至幾十秒)，獲取數(shù)據(jù)校正任務(wù)所需要的流量測(cè)量數(shù)據(jù)和在線(xiàn)組分分析儀的組分測(cè)量數(shù)據(jù)，而對(duì)于由人工錄入的組分分析數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)服務(wù)器按設(shè)定的時(shí)間間隔(通常為每個(gè)生產(chǎn)班次、生產(chǎn)日等)，自動(dòng)地將指定的數(shù)據(jù)校正任務(wù)所需要的組分測(cè)量數(shù)據(jù)提取并打包傳輸?shù)組ES主服務(wù)器上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中去，保持實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)時(shí)間上的同步； 組分測(cè)量數(shù)據(jù)包括兩種第一種，在工業(yè)裝置的設(shè)備、管線(xiàn)或傳輸帶上安裝的數(shù)字式在線(xiàn)組分分析儀(如氣相色譜儀、液相色譜儀、質(zhì)譜儀或其他組分分析儀)，儀表的組分?jǐn)?shù)字訊號(hào)經(jīng)DCS，進(jìn)入MES，自動(dòng)地存入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)；第二種，由于在線(xiàn)分析儀價(jià)格昂貴，維修量大，一般不可能在所有需要測(cè)量組分?jǐn)?shù)據(jù)的設(shè)備、管線(xiàn)或傳輸帶上全部安裝在線(xiàn)分析儀，因此，大部分分析數(shù)據(jù)通過(guò)實(shí)驗(yàn)室儀器或直接讀取或?qū)x器讀數(shù)經(jīng)計(jì)算得到。
流量測(cè)量數(shù)據(jù)和組分測(cè)量數(shù)據(jù)，在MES主服務(wù)器中完成測(cè)量數(shù)據(jù)的同步，MES主服務(wù)器上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)地、連續(xù)地，按設(shè)定的頻度(一般為幾秒至幾十秒)，讀取數(shù)據(jù)校正任務(wù)所需要的流量測(cè)量數(shù)據(jù)和在線(xiàn)組分分析儀的組分測(cè)量數(shù)據(jù)。對(duì)于人工錄入的數(shù)據(jù)，則采取按時(shí)間間隔方式獲取數(shù)據(jù)，或在未及時(shí)獲得數(shù)據(jù)的情況下，自動(dòng)繼承數(shù)據(jù)前一段時(shí)間的數(shù)值。流量測(cè)量數(shù)據(jù)和組分測(cè)量數(shù)據(jù)完成同步后，并進(jìn)入數(shù)據(jù)校正服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)校正。
步驟三，數(shù)據(jù)校正系統(tǒng)服務(wù)器在指定的時(shí)間間隔(同步驟二中，通常為每個(gè)生產(chǎn)班次、生產(chǎn)日等)的期末，自動(dòng)地從MES主服務(wù)器讀取數(shù)據(jù)校正任務(wù)所需要的全部該時(shí)間間隔內(nèi)的流量測(cè)量數(shù)據(jù)和組分測(cè)量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)校正系統(tǒng)讀入數(shù)據(jù)校正系統(tǒng)服務(wù)器上本間隔期內(nèi)流量測(cè)量數(shù)據(jù)和組分測(cè)量數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)校正，校正后的流量數(shù)據(jù)和組分?jǐn)?shù)據(jù)存入關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，并復(fù)制一份至MES主服務(wù)器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，供動(dòng)態(tài)成本、調(diào)度優(yōu)化或技術(shù)月報(bào)等后續(xù)用戶(hù)調(diào)用。
對(duì)流量測(cè)量數(shù)據(jù)的瞬時(shí)值在時(shí)間間隔內(nèi)進(jìn)行積分，流量測(cè)量數(shù)據(jù)的累計(jì)值取間隔期末值與期初值的差值，間隔內(nèi)的同一組分的多個(gè)測(cè)量值取平均值等。對(duì)于經(jīng)過(guò)處理的流量測(cè)量數(shù)和組分測(cè)量數(shù)據(jù)的缺損值可以由人工補(bǔ)充。
數(shù)據(jù)校正系統(tǒng)位于數(shù)據(jù)校正系統(tǒng)服務(wù)器上，該服務(wù)器上備有與系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)上存貯數(shù)據(jù)校正模型、結(jié)構(gòu)參數(shù)和各種常數(shù)。模型、結(jié)構(gòu)參數(shù)和常數(shù)都可以根據(jù)工業(yè)裝置運(yùn)行工況的變化由人工作相應(yīng)的修改。
圖2是本實(shí)施例中某煤化工生產(chǎn)的流程概況，包括20個(gè)流股(即兩個(gè)生產(chǎn)過(guò)程之間的聯(lián)系，圖中虛線(xiàn)的流股在本實(shí)施例中不做研究)；包括12個(gè)生產(chǎn)過(guò)程德士古氣、廢熱回收、200#凈化、300#冷箱、變壓吸附、500#凈化、600#冷箱、15萬(wàn)CO變換、400#凈化、合成混合模塊、20萬(wàn)噸CO變換、100#凈化。生產(chǎn)過(guò)程的輸入為進(jìn)入德士古爐的水煤漿，輸出為15萬(wàn)噸甲醇。
圖3是根據(jù)圖2的生產(chǎn)流程，提取的數(shù)據(jù)校正模型的節(jié)點(diǎn)-流股圖，圖中方框?yàn)楣?jié)點(diǎn)、直線(xiàn)為流股，工藝流程包括19個(gè)節(jié)點(diǎn)、30多個(gè)流股、4個(gè)反應(yīng)器且有多個(gè)嵌套循環(huán)。校正模型中的流股主要有三種組分CO2、H2和CO，它們?cè)诖蟛糠至鞴芍姓伎偨M分的99％以上。本實(shí)施例在其中幾個(gè)涉及分流和混合的位置，添加了分流器和混合器。在數(shù)據(jù)校正服務(wù)器中完成數(shù)據(jù)校正任務(wù)。
本實(shí)施例是對(duì)附圖3中的數(shù)據(jù)校正模型進(jìn)行組分平衡的在線(xiàn)數(shù)據(jù)校正，包括如下 所述數(shù)據(jù)校正的具體內(nèi)容，包括 ①在完成步驟一和步驟二的測(cè)量數(shù)據(jù)的獲取和同步的基礎(chǔ)上，進(jìn)行動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)校正。在煤化工流程中，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)過(guò)程拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的氣、固、液三相的流率測(cè)量數(shù)據(jù)和組分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行冗余性分析，進(jìn)行動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)校正模型； 所述動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)較正模型，其目標(biāo)函數(shù)為約束方程為 其中，

為測(cè)量數(shù)據(jù)的校正值向量，X為測(cè)量數(shù)據(jù)向量，U為未測(cè)量數(shù)據(jù)矩陣，Q為測(cè)量數(shù)據(jù)的方差-協(xié)方差矩陣，A為校正值的系數(shù)矩陣，B為未測(cè)量數(shù)據(jù)的系數(shù)矩陣，C為常數(shù)矩陣。
②在煤化工流程中涉及多個(gè)分流器裝置，對(duì)于分流器問(wèn)題采用雙線(xiàn)性方法對(duì)①中的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)校正模型進(jìn)行數(shù)據(jù)校正； 所述對(duì)于分流器問(wèn)題采用雙線(xiàn)性方法進(jìn)行數(shù)據(jù)校正，具體如下 第一步，設(shè)定從分流器流出的各流股具有各自不同組分的約束，進(jìn)行雙線(xiàn)性的數(shù)據(jù)校正，得出組分流量； 第二步，利用第一步計(jì)算得出的組分流量，計(jì)算組分流量的比值作為分流器的分流系數(shù)，將分流系數(shù)代入動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)校正模型的約束方程，再次進(jìn)行雙線(xiàn)性的數(shù)據(jù)校正。
③采用改進(jìn)型序列補(bǔ)償法對(duì)②中的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)校正模型中含有過(guò)失誤差的變量進(jìn)行偵破，具體如下 第一步，根據(jù)①建立的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)校正模型，構(gòu)建殘差和協(xié)方差矩陣 約束方程的殘差r＝AX-C； 殘差的協(xié)方差矩陣V＝AQAT。
其中X為測(cè)量數(shù)據(jù)向量、Q為測(cè)量數(shù)據(jù)的方差-協(xié)方差矩陣、A為校正值的系數(shù)矩陣、C為常數(shù)矩陣。
第二步，對(duì)每一個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)構(gòu)造檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量z，計(jì)算所有測(cè)量數(shù)據(jù)的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量，并對(duì)所有的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量|zi|按照由大到小進(jìn)行排序，得到排序后的序列S，并將序列中的最大值S(1)同第一臨界值ZC進(jìn)行比較，第一臨界值為根據(jù)給定顯著水平從檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量分布表查出的置信區(qū)間，若S(1)＜ZC，表明所有|zi|都落入置信區(qū)間，誤差偵破結(jié)束，終止運(yùn)算，輸出數(shù)據(jù)校正結(jié)果；若S(1)＞ZC，則進(jìn)行第三步。
所述構(gòu)造檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量z，具體為zi＝δiWii-1/2，其中，δi是常數(shù)，W＝QATV-1AQ，Q為測(cè)量數(shù)據(jù)的方差-協(xié)方差矩陣，A為校正值的系數(shù)矩陣。
第三步，利用過(guò)失誤差的改進(jìn)型序列補(bǔ)償法檢驗(yàn)序列S中的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量，當(dāng)序列S中的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量大于第二臨界值ZC1，第二臨界值ZC1為根據(jù)給定的顯著水平查多元正態(tài)分布統(tǒng)計(jì)表得出的置信區(qū)間，則表示有過(guò)失誤差，對(duì)測(cè)量值補(bǔ)償，返回到②，直到將所有序列S中測(cè)量數(shù)據(jù)的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量都小于第二臨界值ZC1范圍內(nèi)，表示所有的過(guò)失誤差全部進(jìn)行了檢驗(yàn)，序列S中前幾個(gè)變量含有過(guò)失誤差的可能性最大。
所述利用過(guò)失誤差的改進(jìn)型序列補(bǔ)償法檢驗(yàn)序列S中的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量，具體如下 第一步，對(duì)于沒(méi)有過(guò)失誤差變量進(jìn)行假設(shè)H0∶E(r)＝0，表示約束方程殘差r的數(shù)學(xué)期望； 第二步，對(duì)于有過(guò)失誤差變量集合中的變量建立N個(gè)備選假設(shè)H1∶E(r)＝bfi，其中，b為過(guò)失誤差的值，fi∈{Aei，k∈Pos}，ei為第i個(gè)變量的隨機(jī)誤差，Pos是序列S中前N個(gè)變量所在位置的集合； 第三步，構(gòu)造序列S中的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量T，利用序列補(bǔ)償法進(jìn)行迭代，如果序列S中的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量值小于臨界值，回到②；若序列S中的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量大于第二臨界值ZC1，對(duì)測(cè)量值補(bǔ)償。
所述構(gòu)造序列S中的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量，具體為 其中，T為序列S中的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量，sup為求上限。
所述對(duì)測(cè)量值補(bǔ)償，具體為測(cè)量值補(bǔ)償為Xc＝X-bc1ei1-bc2ei2-…其中補(bǔ)償向量為bc、ei為第i個(gè)變量的隨機(jī)誤差，并用補(bǔ)償后的Xc替代測(cè)量值X。
本實(shí)施例中利用某次采集的原始數(shù)據(jù)，根據(jù)圖3建立的數(shù)據(jù)校正模型，并采用數(shù)據(jù)校正及過(guò)失誤差的改進(jìn)型序列補(bǔ)償方法，得出最終校正的結(jié)果如表1和表2所示 表1流率的測(cè)量值和校正值

表2組分的測(cè)量值和校正值
本實(shí)施例方法將有效對(duì)系統(tǒng)內(nèi)過(guò)程拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的氣、固、液三相的流率和組分?jǐn)?shù)據(jù)開(kāi)展冗余性分析，同時(shí)采用改進(jìn)型序列補(bǔ)償法用于過(guò)失誤差的偵破，并對(duì)復(fù)雜過(guò)程的主要工藝物流進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)(流率和組分)的基于組分平衡的在線(xiàn)數(shù)據(jù)校正。本實(shí)施例對(duì)大規(guī)模生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)的過(guò)失誤差偵破率提高30％，減少運(yùn)行時(shí)間和迭代次數(shù)。
權(quán)利要求
1、一種在線(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)獲取、校正及過(guò)失誤差的序列補(bǔ)償方法，其特征在于，包括以下步驟
步驟一，實(shí)時(shí)地獲取運(yùn)行的煤化工流量測(cè)量數(shù)據(jù)和組分測(cè)量數(shù)據(jù)，采用安裝于工業(yè)裝置的管線(xiàn)或傳輸帶上的數(shù)字式計(jì)量?jī)x表自動(dòng)獲得流量測(cè)量數(shù)據(jù)，采用人工定時(shí)采樣或采用安裝于工業(yè)裝置的設(shè)備、管線(xiàn)或傳輸帶上安裝的數(shù)字式在線(xiàn)組分分析儀獲得組分測(cè)量數(shù)據(jù)；
步驟二，制造執(zhí)行系統(tǒng)主服務(wù)器上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)地、連續(xù)地，按設(shè)定的頻度，獲取數(shù)據(jù)校正任務(wù)所需要的流量測(cè)量數(shù)據(jù)和在線(xiàn)組分分析儀的組分測(cè)量數(shù)據(jù)，而對(duì)于由人工錄入的組分分析數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)服務(wù)器按設(shè)定的時(shí)間間隔，自動(dòng)地將指定的數(shù)據(jù)校正任務(wù)所需要的組分測(cè)量數(shù)據(jù)提取并打包傳輸?shù)街圃靾?zhí)行系統(tǒng)主服務(wù)器上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中去，保持實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)時(shí)間上的同步；
步驟三，數(shù)據(jù)校正系統(tǒng)服務(wù)器在指定的時(shí)間間隔的期末，自動(dòng)地從制造執(zhí)行系統(tǒng)主服務(wù)器讀取數(shù)據(jù)校正任務(wù)所需要的全部該時(shí)間間隔內(nèi)的流量測(cè)量數(shù)據(jù)和組分測(cè)量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)校正系統(tǒng)讀入數(shù)據(jù)校正系統(tǒng)服務(wù)器上本間隔期內(nèi)流量測(cè)量數(shù)據(jù)和組分測(cè)量數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)校正，校正后的流量數(shù)據(jù)和組分?jǐn)?shù)據(jù)存入關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，并復(fù)制一份至制造執(zhí)行系統(tǒng)主服務(wù)器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，供后續(xù)用戶(hù)調(diào)用；
所述數(shù)據(jù)校正，包括
①在完成步驟一和步驟二的測(cè)量數(shù)據(jù)的獲取和同步的基礎(chǔ)上，進(jìn)行動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)校正，對(duì)煤化工流程系統(tǒng)內(nèi)過(guò)程拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的氣、固、液三相的流率測(cè)量數(shù)據(jù)和組分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行冗余性分析，進(jìn)行動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)校正模型；
②在煤化工流程中涉及多個(gè)分流器裝置，對(duì)于分流器問(wèn)題采用雙線(xiàn)性方法對(duì)①中的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)校正模型進(jìn)行數(shù)據(jù)校正；
③采用改進(jìn)型序列補(bǔ)償法對(duì)②中的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)校正模型中含有過(guò)失誤差的變量進(jìn)行偵破，具體如下
第一步，根據(jù)①建立的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)校正模型，構(gòu)建殘差和協(xié)方差矩陣
約束方程的殘差r＝AX-C；
殘差的協(xié)方差矩陣V＝AQAT；
其中X為測(cè)量數(shù)據(jù)向量、Q為測(cè)量數(shù)據(jù)的方差-協(xié)方差矩陣、A為校正值的系數(shù)矩陣、C為常數(shù)矩陣；
第二步，對(duì)每一個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)構(gòu)造檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量z，計(jì)算所有測(cè)量數(shù)據(jù)的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量，并對(duì)所有的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量|zi|按照由大到小進(jìn)行排序，得到排序后的序列S，并將序列中的最大值S(1)同第一臨界值ZC進(jìn)行比較，第一臨界值為根據(jù)給定顯著水平從檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量分布表查出的置信區(qū)間，若S(1)＜ZC，表明所有|zi|都落入置信區(qū)間，誤差偵破結(jié)束，終止運(yùn)算，輸出數(shù)據(jù)校正結(jié)果；若S(1)＞ZC，則進(jìn)行第三步；
第三步，利用過(guò)失誤差的改進(jìn)型序列補(bǔ)償法檢驗(yàn)序列S中的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量，當(dāng)序列S中的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量大于第二臨界值ZC1，第二臨界值ZC1為根據(jù)給定的顯著水平查多元正態(tài)分布統(tǒng)計(jì)表得出的置信區(qū)間，則表示有過(guò)失誤差，對(duì)測(cè)量值補(bǔ)償，返回到②，直到將所有序列S中測(cè)量數(shù)據(jù)的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量都小于第二臨界值ZC1范圍內(nèi)，表示所有的過(guò)失誤差全部進(jìn)行了檢驗(yàn)，序列S中前幾個(gè)變量含有過(guò)失誤差的可能性最大。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)獲取、校正及過(guò)失誤差的序列補(bǔ)償方法，其特征是，所述動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)較正模型，其目標(biāo)函數(shù)為
約束方程為
其中，
為測(cè)量數(shù)據(jù)的校正值向量，X為測(cè)量數(shù)據(jù)向量，U為未測(cè)量數(shù)據(jù)矩陣，Q為測(cè)量數(shù)據(jù)的方差-協(xié)方差矩陣，A為校正值的系數(shù)矩陣，B為未測(cè)量數(shù)據(jù)的系數(shù)矩陣，C為常數(shù)矩陣。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)獲取、校正及過(guò)失誤差的序列補(bǔ)償方法，其特征是，所述對(duì)于分流器問(wèn)題采用雙線(xiàn)性方法進(jìn)行數(shù)據(jù)校正，具體如下
第一步，設(shè)定從分流器流出的各流股具有各自不同組分的約束，進(jìn)行雙線(xiàn)性的數(shù)據(jù)校正，得出組分流量；
第二步，利用第一步得出的組分流量，計(jì)算組分流量的比值作為分流器的分流系數(shù)，將分流系數(shù)代入動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)校正模型的約束方程，再次進(jìn)行雙線(xiàn)性的數(shù)據(jù)校正。
4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)獲取、校正及過(guò)失誤差的序列補(bǔ)償方法，其特征是，所述構(gòu)造檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量z，具體為
zi＝δiWii-1/2，其中，δi是常數(shù)，W＝QATV-1AQ，Q為測(cè)量數(shù)據(jù)的方差-協(xié)方差矩陣，A為校正值的系數(shù)矩陣。
5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)獲取、校正及過(guò)失誤差的序列補(bǔ)償方法，其特征是，所述數(shù)字式計(jì)量?jī)x表自動(dòng)獲得流量測(cè)量數(shù)據(jù)，具體為數(shù)字式計(jì)量?jī)x表負(fù)責(zé)測(cè)量管線(xiàn)或傳輸帶上的流量，并將獲得的流量數(shù)字訊號(hào)經(jīng)單元工業(yè)裝置的集散控制系統(tǒng)，進(jìn)入制造執(zhí)行系統(tǒng)自動(dòng)地存入制造執(zhí)行系統(tǒng)主服務(wù)器上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。
6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)獲取、校正及過(guò)失誤差的序列補(bǔ)償方法，其特征是，所述采用人工定時(shí)采樣獲得組分測(cè)量數(shù)據(jù)，具體為由分析人員定時(shí)去現(xiàn)場(chǎng)采樣，采得的樣品分析得到組分測(cè)量數(shù)據(jù)，并將組分測(cè)量數(shù)據(jù)錄入分析數(shù)據(jù)服務(wù)器上的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)；所述采用數(shù)字式在線(xiàn)組分分析儀獲得組分測(cè)量數(shù)據(jù)，具體為數(shù)字式在線(xiàn)組分分析儀在工業(yè)裝置的設(shè)備、管線(xiàn)或傳輸帶上測(cè)量物質(zhì)的組分，并將獲得的組分?jǐn)?shù)字信號(hào)經(jīng)集散控制系統(tǒng)，進(jìn)入制造執(zhí)行系統(tǒng)，自動(dòng)地存入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。
7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)獲取、校正及過(guò)失誤差的序列補(bǔ)償方法，其特征是，所述分析數(shù)據(jù)服務(wù)器，其提取組分分析數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔為數(shù)據(jù)校正時(shí)間間隔的1/n，n取5-10。
8、根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的在線(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)獲取、校正及過(guò)失誤差的序列補(bǔ)償方法，其特征是，由于某種原因?qū)е履骋恍枰慕M分測(cè)量數(shù)據(jù)未按約定時(shí)間錄入或?qū)霑r(shí)，分析數(shù)據(jù)服務(wù)器將在數(shù)據(jù)校正時(shí)間間隔的期末自動(dòng)繼承該數(shù)據(jù)前一時(shí)段的數(shù)值，作為缺損值的替代值。
9、根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)獲取、校正及過(guò)失誤差的序列補(bǔ)償方法，其特征是，流量測(cè)量數(shù)據(jù)的瞬時(shí)值在時(shí)間間隔內(nèi)積分，流量測(cè)量數(shù)據(jù)的累計(jì)值取間隔期末值與期初值的差值，間隔內(nèi)的同一組分的多個(gè)測(cè)量值取平均值等，對(duì)于經(jīng)過(guò)處理的流量測(cè)量數(shù)和組分測(cè)量數(shù)據(jù)的缺損值由人工補(bǔ)充。
10、根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)獲取、校正及過(guò)失誤差的序列補(bǔ)償方法，其特征是，所述數(shù)據(jù)校正系統(tǒng)，其位于數(shù)據(jù)校正系統(tǒng)服務(wù)器上，該服務(wù)器上備有與系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)上存貯數(shù)據(jù)校正模型、結(jié)構(gòu)參數(shù)和各種常數(shù)，模型、結(jié)構(gòu)參數(shù)和常數(shù)都根據(jù)工業(yè)裝置運(yùn)行工況的變化由人工作相應(yīng)的修改。
全文摘要
一種工業(yè)控制技術(shù)領(lǐng)域的在線(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)獲取、校正及過(guò)失誤差的序列補(bǔ)償方法，步驟為步驟一，實(shí)時(shí)地獲取運(yùn)行的煤化工流量測(cè)量數(shù)據(jù)和組分測(cè)量數(shù)據(jù)；步驟二，制造執(zhí)行系統(tǒng)主服務(wù)器上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)獲取數(shù)據(jù)校正任務(wù)所需要的流量測(cè)量數(shù)據(jù)和在線(xiàn)組分分析儀的組分測(cè)量數(shù)據(jù)，保持實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)時(shí)間上的同步；步驟三，數(shù)據(jù)校正系統(tǒng)服務(wù)器從制造執(zhí)行系統(tǒng)主服務(wù)器讀取流量測(cè)量數(shù)據(jù)和組分測(cè)量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)校正系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)校正，校正后的流量數(shù)據(jù)和組分?jǐn)?shù)據(jù)供后續(xù)用戶(hù)調(diào)，此步驟中采用改進(jìn)型序列補(bǔ)償法對(duì)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)校正模型中含有過(guò)失誤差的變量進(jìn)行偵破。本發(fā)明提高了大規(guī)模生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)的過(guò)失誤差偵破率，減少運(yùn)行時(shí)間和迭代次數(shù)。
文檔編號(hào)G05B19/418GK101286059SQ20081003820
公開(kāi)日2008年10月15日 申請(qǐng)日期2008年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月29日
發(fā)明者霞 趙, 潘兆鴻, 吳勝昔, 許曉鳴, 朱建寧 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)