專利名稱：在線測量數(shù)據(jù)獲取、校正及過失誤差的序列補償方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種工業(yè)控制技術領域的方法，具體是一種煤化工在線測量數(shù)據(jù)獲取、校正及過失誤差的序列補償方法。

背景技術：
煤化工生產(chǎn)流程中的數(shù)據(jù)多為連續(xù)流動著的物料，可測量，不可計數(shù)，有誤差，不嚴格符合相關數(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)過程優(yōu)化運行、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)進行調(diào)度、核算、考評、排產(chǎn)、優(yōu)化、經(jīng)營等的基礎。目前，國內(nèi)外數(shù)據(jù)校正技術在研究方面有了一定的進展，其中約束方程可以線性或非線性的，目標函數(shù)均是測量與校正差的最小二乘，權系數(shù)是測量值協(xié)方差矩陣的逆，已經(jīng)提出了關于測量值協(xié)方差求取的幾個方案。在誤差診斷方面，只有一些針對具體狀況的對應方法，如整體檢驗法、測量檢驗法等，還沒有比較完善有效的方法。
經(jīng)對現(xiàn)有技術的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，Shankar Narasimhan等在《DataReconciliation and gross Error Detection》(數(shù)據(jù)校正與過失誤差檢測)(GulfPublishing Company(油氣工業(yè)出版社)，2000)一書中提出數(shù)據(jù)校正方法，雖然有對非線性和雙線性問題的數(shù)據(jù)校正，其不足之處對于大規(guī)模實際生產(chǎn)網(wǎng)絡問題，尤其涉及測量數(shù)據(jù)的動態(tài)在線校正問題，并沒有提出針對大規(guī)模生產(chǎn)網(wǎng)絡冗余性分析方法及相應的過失誤差偵破方法。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術的不足，提出了一種針對煤化工的在線測量數(shù)據(jù)獲取、校正及過失誤差的序列補償方法，針對煤化工生產(chǎn)流程，對于系統(tǒng)內(nèi)過程拓撲結構中的氣、固、液三相的流率和組分數(shù)據(jù)進行冗余性分析，提出了有效的動態(tài)在線數(shù)據(jù)校正模型，并采用改進型序列補償法對過失誤差進行了偵破。
本發(fā)明是通過如下技術方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括以下步驟 步驟一，實時獲取運行的煤化工流量測量數(shù)據(jù)和組分測量數(shù)據(jù)，采用安裝于工業(yè)裝置的管線或傳輸帶上的數(shù)字式計量儀表自動獲得流量測量數(shù)據(jù)，采用人工定時采樣或采用安裝于工業(yè)裝置的設備、管線或傳輸帶上安裝的數(shù)字式在線組分分析儀獲得組分測量數(shù)據(jù)。
所述數(shù)字式計量儀表自動獲得流量測量數(shù)據(jù)，具體為數(shù)字式計量儀表負責測量管線或傳輸帶上的流量，并將獲得的流量數(shù)字訊號經(jīng)單元工業(yè)裝置的DCS(Distributed Control System，集散控制系統(tǒng))，進入MES(ManufacturingExecutive System，制造執(zhí)行系統(tǒng))自動地存入MES主服務器上的實時數(shù)據(jù)庫。
所述采用人工定時采樣獲得組分測量數(shù)據(jù)，具體為由分析人員定時去現(xiàn)場采樣，采得的樣品分析得到組分測量數(shù)據(jù)，并將組分測量數(shù)據(jù)錄入分析數(shù)據(jù)服務器上的關系數(shù)據(jù)庫。
所述采用數(shù)字式在線組分分析儀獲得組分測量數(shù)據(jù)，具體為數(shù)字式在線組分分析儀在工業(yè)裝置的設備、管線或傳輸帶上測量物質(zhì)的組分，并將獲得的組分數(shù)字信號經(jīng)DCS，進入MES，自動地存入實時數(shù)據(jù)庫。
所述數(shù)字式計量儀表，為渦輪流量計，渦階流量計、質(zhì)量流量計或皮帶秤。
所述數(shù)字式在線組分分析儀，為氣相色譜儀、液相色譜儀或質(zhì)譜儀等。
步驟二，MES主服務器上的實時數(shù)據(jù)庫自動地、連續(xù)地，按設定的頻度(一般為若干秒)，獲取數(shù)據(jù)校正任務所需要的流量測量數(shù)據(jù)和在線組分分析儀的組分測量數(shù)據(jù)，而對于由人工錄入的組分分析數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)服務器按設定的時間間隔(通常為每個生產(chǎn)班次、生產(chǎn)日等)，自動地將指定的數(shù)據(jù)校正任務所需要的組分測量數(shù)據(jù)提取并打包傳輸?shù)組ES主服務器上的實時數(shù)據(jù)庫中去，保持實時數(shù)據(jù)庫和關系數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)時間上的同步； 所述分析數(shù)據(jù)服務器，其提取組分分析數(shù)據(jù)的時間間隔為數(shù)據(jù)校正時間間隔的1/n，n一般取5-10。
所述分析數(shù)據(jù)服務器，當由于某種原因?qū)е履骋恍枰慕M分測量數(shù)據(jù)未按約定時間錄入或?qū)霑r，分析數(shù)據(jù)服務器將在數(shù)據(jù)校正時間間隔的期末自動繼承該數(shù)據(jù)前一時段的數(shù)值，作為缺損值的替代值。
步驟三，數(shù)據(jù)校正系統(tǒng)服務器在指定的時間間隔(同步驟二中，通常為每個生產(chǎn)班次、生產(chǎn)日等)的期末，自動地從MES主服務器讀取數(shù)據(jù)校正任務所需要的全部該時間間隔內(nèi)的流量測量數(shù)據(jù)和組分測量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)校正系統(tǒng)讀入數(shù)據(jù)校正系統(tǒng)服務器上本間隔期內(nèi)流量測量數(shù)據(jù)和組分測量數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)校正，校正后的流量數(shù)據(jù)和組分數(shù)據(jù)存入關系數(shù)據(jù)庫，并復制一份至MES主服務器的實時數(shù)據(jù)庫，供動態(tài)成本、調(diào)度優(yōu)化或技術月報等后續(xù)用戶調(diào)用。
所述流量測量數(shù)據(jù)和組分測量數(shù)據(jù)的處理，具體為流量測量數(shù)據(jù)的瞬時值在時間間隔內(nèi)積分，流量測量數(shù)據(jù)的累計值取間隔期末值與期初值的差值，間隔內(nèi)的同一組分的多個測量值取平均值等。對于經(jīng)過處理的流量測量數(shù)和組分測量數(shù)據(jù)的缺損值可以由人工補充。
所述數(shù)據(jù)校正系統(tǒng)，其位于數(shù)據(jù)校正系統(tǒng)服務器上，該服務器上備有與系統(tǒng)關聯(lián)的關系數(shù)據(jù)庫，關系數(shù)據(jù)庫上存貯數(shù)據(jù)校正模型、結構參數(shù)和各種常數(shù)。模型、結構參數(shù)和常數(shù)都可以根據(jù)工業(yè)裝置運行工況的變化由人工作相應的修改。
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量數(shù)據(jù)的獲取和同步的基礎上，進行動態(tài)的數(shù)據(jù)校正。在煤化工流程中，對系統(tǒng)內(nèi)過程拓撲結構中的氣、固、液三相的流率測量數(shù)據(jù)和組分數(shù)據(jù)進行冗余性分析，進行動態(tài)數(shù)據(jù)校正模型； 所述動態(tài)數(shù)據(jù)較正模型，其目標函數(shù)為約束方程為 其中，

為測量數(shù)據(jù)的校正值向量，X為測量數(shù)據(jù)向量，U為未測量數(shù)據(jù)矩陣，Q為測量數(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分流器裝置，對于分流器問題采用雙線性方法對①中的動態(tài)數(shù)據(jù)校正模型進行數(shù)據(jù)校正； 所述對于分流器問題采用雙線性方法進行數(shù)據(jù)校正，具體如下 第一步，設定從分流器流出的各流股具有各自不同組分的約束，進行雙線性的數(shù)據(jù)校正，得出組分流量； 第二步，利用第一步計算得出的組分流量，計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)代入動態(tài)數(shù)據(jù)校正模型的約束方程，再次進行雙線性的數(shù)據(jù)校正。
③采用改進型序列補償法對②中的動態(tài)數(shù)據(jù)校正模型中含有過失誤差的變量進行偵破，具體如下 第一步，根據(jù)①建立的動態(tài)數(shù)據(jù)校正模型，構建殘差和協(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為測量數(shù)據(jù)向量、Q為測量數(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，對每一個測量數(shù)據(jù)構造檢驗統(tǒng)計量z，計算所有測量數(shù)據(jù)的檢驗統(tǒng)計量，并對所有的檢驗統(tǒng)計量|zi|按照由大到小進行排序，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進行比較，第一臨界值為根據(jù)給定顯著水平從檢驗統(tǒng)計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，誤差偵破結束，終止運算，輸出數(shù)據(jù)校正結果；若S(1)＞ZC，則進行第三步。
所述構造檢驗統(tǒng)計量z，具體為zi＝δiWii-1/2，其中，δi是常數(shù)，W＝QATV-1AQ，Q為測量數(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，利用過失誤差的改進型序列補償法檢驗序列S中的檢驗統(tǒng)計量，當序列S中的檢驗統(tǒng)計量大于第二臨界值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)計表得出的置信區(qū)間，則表示有過失誤差，對測量值補償，返回到②，直到將所有序列S中測量數(shù)據(jù)的檢驗統(tǒng)計量都小于第二臨界值ZC1范圍內(nèi)，表示所有的過失誤差全部進行了檢驗，序列S中前幾個變量含有過失誤差的可能性最大。
所述利用過失誤差的改進型序列補償法檢驗序列S中的檢驗統(tǒng)計量，具體如下 第一步，對于沒有過失誤差變量進行假設H0∶E(r)＝0，表示約束方程殘差r的數(shù)學期望； 第二步，對于有過失誤差變量集合中的變量建立N個備選假設H1∶E(r)＝bfi，其中，b為過失誤差的值，fi∈{Aei，k∈Pos}，ei為第i個變量的隨機誤差，Pos是序列S中前N個變量所在位置的集合； 第三步，構造序列S中的檢驗統(tǒng)計量T，利用序列補償法進行迭代，如果序列S中的檢驗統(tǒng)計量值小于臨界值，回到②；若序列S中的檢驗統(tǒng)計量大于第二臨界值ZC1，對測量值補償。
所述構造序列S中的檢驗統(tǒng)計量，具體為 其中，T為序列S中的檢驗統(tǒng)計量，sup為求上限。
所述對測量值補償，具體為測量值補償為Xc＝X-bc1ei1-bc2ei2-…其中補償向量為bc、ei為第i個變量的隨機誤差，并用補償后的Xc替代測量值X。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下有益效果本發(fā)明方法將有效對系統(tǒng)內(nèi)過程拓撲結構中的氣、固、液三相的流率和組分數(shù)據(jù)開展冗余性分析，同時采用改進型序列補償法用于過失誤差的偵破，并對復雜過程的主要工藝物流進行測量數(shù)據(jù)(流率和組分)的基于組分平衡的在線數(shù)據(jù)校正。本發(fā)明對大規(guī)模生產(chǎn)網(wǎng)絡的過失誤差偵破率提高30％，減少運行時間和迭代次數(shù)。



圖1是煤化工在線數(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聯(lián)圖； 圖3是煤化工流程數(shù)據(jù)校正模型的節(jié)點-流股圖。

具體實施例方式 下面結合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細說明本實施例在以本發(fā)明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
步驟一，從運行的工業(yè)裝置中實時地獲取煤化工流量測量數(shù)據(jù)和組分測量數(shù)據(jù)，采用安裝于工業(yè)裝置的管線或傳輸帶上的數(shù)字式計量儀表自動獲得流量測量數(shù)據(jù)，采用人工定時采樣或采用安裝于工業(yè)裝置的設備、管線或傳輸帶上安裝的數(shù)字式在線組分分析儀獲得組分測量數(shù)據(jù)。
圖1是煤化工在線數(shù)據(jù)校正數(shù)據(jù)流示意圖。為實現(xiàn)在線組分數(shù)據(jù)校正任務，需要從運行的工業(yè)裝置中實時地獲取兩類數(shù)據(jù)，其中流量測量數(shù)據(jù)經(jīng)安裝于工業(yè)裝置的管線或傳輸帶(皮帶等)上的數(shù)字式計量儀表(如渦輪流量計，渦防流量計、質(zhì)量流量計和皮帶秤等)，儀表的流量數(shù)字訊號經(jīng)單元工業(yè)裝置的集散控制系統(tǒng)DCS，進入MES自動地存入MES主服務器上的實時數(shù)據(jù)庫中。
步驟二，MES主服務器上的實時數(shù)據(jù)庫自動地、連續(xù)地，按設定的頻度(一般為幾秒至幾十秒)，獲取數(shù)據(jù)校正任務所需要的流量測量數(shù)據(jù)和在線組分分析儀的組分測量數(shù)據(jù)，而對于由人工錄入的組分分析數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)服務器按設定的時間間隔(通常為每個生產(chǎn)班次、生產(chǎn)日等)，自動地將指定的數(shù)據(jù)校正任務所需要的組分測量數(shù)據(jù)提取并打包傳輸?shù)組ES主服務器上的實時數(shù)據(jù)庫中去，保持實時數(shù)據(jù)庫和關系數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)時間上的同步； 組分測量數(shù)據(jù)包括兩種第一種，在工業(yè)裝置的設備、管線或傳輸帶上安裝的數(shù)字式在線組分分析儀(如氣相色譜儀、液相色譜儀、質(zhì)譜儀或其他組分分析儀)，儀表的組分數(shù)字訊號經(jīng)DCS，進入MES，自動地存入實時數(shù)據(jù)庫；第二種，由于在線分析儀價格昂貴，維修量大，一般不可能在所有需要測量組分數(shù)據(jù)的設備、管線或傳輸帶上全部安裝在線分析儀，因此，大部分分析數(shù)據(jù)通過實驗室儀器或直接讀取或?qū)x器讀數(shù)經(jīng)計算得到。
流量測量數(shù)據(jù)和組分測量數(shù)據(jù)，在MES主服務器中完成測量數(shù)據(jù)的同步，MES主服務器上的實時數(shù)據(jù)庫自動地、連續(xù)地，按設定的頻度(一般為幾秒至幾十秒)，讀取數(shù)據(jù)校正任務所需要的流量測量數(shù)據(jù)和在線組分分析儀的組分測量數(shù)據(jù)。對于人工錄入的數(shù)據(jù)，則采取按時間間隔方式獲取數(shù)據(jù)，或在未及時獲得數(shù)據(jù)的情況下，自動繼承數(shù)據(jù)前一段時間的數(shù)值。流量測量數(shù)據(jù)和組分測量數(shù)據(jù)完成同步后，并進入數(shù)據(jù)校正服務器進行數(shù)據(jù)校正。
步驟三，數(shù)據(jù)校正系統(tǒng)服務器在指定的時間間隔(同步驟二中，通常為每個生產(chǎn)班次、生產(chǎn)日等)的期末，自動地從MES主服務器讀取數(shù)據(jù)校正任務所需要的全部該時間間隔內(nèi)的流量測量數(shù)據(jù)和組分測量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)校正系統(tǒng)讀入數(shù)據(jù)校正系統(tǒng)服務器上本間隔期內(nèi)流量測量數(shù)據(jù)和組分測量數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)校正，校正后的流量數(shù)據(jù)和組分數(shù)據(jù)存入關系數(shù)據(jù)庫，并復制一份至MES主服務器的實時數(shù)據(jù)庫，供動態(tài)成本、調(diào)度優(yōu)化或技術月報等后續(xù)用戶調(diào)用。
對流量測量數(shù)據(jù)的瞬時值在時間間隔內(nèi)進行積分，流量測量數(shù)據(jù)的累計值取間隔期末值與期初值的差值，間隔內(nèi)的同一組分的多個測量值取平均值等。對于經(jīng)過處理的流量測量數(shù)和組分測量數(shù)據(jù)的缺損值可以由人工補充。
數(shù)據(jù)校正系統(tǒng)位于數(shù)據(jù)校正系統(tǒng)服務器上，該服務器上備有與系統(tǒng)關聯(lián)的關系數(shù)據(jù)庫，關系數(shù)據(jù)庫上存貯數(shù)據(jù)校正模型、結構參數(shù)和各種常數(shù)。模型、結構參數(shù)和常數(shù)都可以根據(jù)工業(yè)裝置運行工況的變化由人工作相應的修改。
圖2是本實施例中某煤化工生產(chǎn)的流程概況，包括20個流股(即兩個生產(chǎn)過程之間的聯(lián)系，圖中虛線的流股在本實施例中不做研究)；包括12個生產(chǎn)過程德士古氣、廢熱回收、200#凈化、300#冷箱、變壓吸附、500#凈化、600#冷箱、15萬CO變換、400#凈化、合成混合模塊、20萬噸CO變換、100#凈化。生產(chǎn)過程的輸入為進入德士古爐的水煤漿，輸出為15萬噸甲醇。
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-流股圖，圖中方框為節(jié)點、直線為流股，工藝流程包括19個節(jié)點、30多個流股、4個反應器且有多個嵌套循環(huán)。校正模型中的流股主要有三種組分CO2、H2和CO，它們在大部分流股中占總組分的99％以上。本實施例在其中幾個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)校正服務器中完成數(shù)據(jù)校正任務。
本實施例是對附圖3中的數(shù)據(jù)校正模型進行組分平衡的在線數(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量數(shù)據(jù)的獲取和同步的基礎上，進行動態(tài)的數(shù)據(jù)校正。在煤化工流程中，對系統(tǒng)內(nèi)過程拓撲結構中的氣、固、液三相的流率測量數(shù)據(jù)和組分數(shù)據(jù)進行冗余性分析，進行動態(tài)數(shù)據(jù)校正模型； 所述動態(tài)數(shù)據(jù)較正模型，其目標函數(shù)為約束方程為 其中，

為測量數(shù)據(jù)的校正值向量，X為測量數(shù)據(jù)向量，U為未測量數(shù)據(jù)矩陣，Q為測量數(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分流器裝置，對于分流器問題采用雙線性方法對①中的動態(tài)數(shù)據(jù)校正模型進行數(shù)據(jù)校正； 所述對于分流器問題采用雙線性方法進行數(shù)據(jù)校正，具體如下 第一步，設定從分流器流出的各流股具有各自不同組分的約束，進行雙線性的數(shù)據(jù)校正，得出組分流量； 第二步，利用第一步計算得出的組分流量，計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)代入動態(tài)數(shù)據(jù)校正模型的約束方程，再次進行雙線性的數(shù)據(jù)校正。
③采用改進型序列補償法對②中的動態(tài)數(shù)據(jù)校正模型中含有過失誤差的變量進行偵破，具體如下 第一步，根據(jù)①建立的動態(tài)數(shù)據(jù)校正模型，構建殘差和協(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為測量數(shù)據(jù)向量、Q為測量數(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，對每一個測量數(shù)據(jù)構造檢驗統(tǒng)計量z，計算所有測量數(shù)據(jù)的檢驗統(tǒng)計量，并對所有的檢驗統(tǒng)計量|zi|按照由大到小進行排序，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進行比較，第一臨界值為根據(jù)給定顯著水平從檢驗統(tǒng)計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，誤差偵破結束，終止運算，輸出數(shù)據(jù)校正結果；若S(1)＞ZC，則進行第三步。
所述構造檢驗統(tǒng)計量z，具體為zi＝δiWii-1/2，其中，δi是常數(shù)，W＝QATV-1AQ，Q為測量數(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，利用過失誤差的改進型序列補償法檢驗序列S中的檢驗統(tǒng)計量，當序列S中的檢驗統(tǒng)計量大于第二臨界值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)計表得出的置信區(qū)間，則表示有過失誤差，對測量值補償，返回到②，直到將所有序列S中測量數(shù)據(jù)的檢驗統(tǒng)計量都小于第二臨界值ZC1范圍內(nèi)，表示所有的過失誤差全部進行了檢驗，序列S中前幾個變量含有過失誤差的可能性最大。
所述利用過失誤差的改進型序列補償法檢驗序列S中的檢驗統(tǒng)計量，具體如下 第一步，對于沒有過失誤差變量進行假設H0∶E(r)＝0，表示約束方程殘差r的數(shù)學期望； 第二步，對于有過失誤差變量集合中的變量建立N個備選假設H1∶E(r)＝bfi，其中，b為過失誤差的值，fi∈{Aei，k∈Pos}，ei為第i個變量的隨機誤差，Pos是序列S中前N個變量所在位置的集合； 第三步，構造序列S中的檢驗統(tǒng)計量T，利用序列補償法進行迭代，如果序列S中的檢驗統(tǒng)計量值小于臨界值，回到②；若序列S中的檢驗統(tǒng)計量大于第二臨界值ZC1，對測量值補償。
所述構造序列S中的檢驗統(tǒng)計量，具體為 其中，T為序列S中的檢驗統(tǒng)計量，sup為求上限。
所述對測量值補償，具體為測量值補償為Xc＝X-bc1ei1-bc2ei2-…其中補償向量為bc、ei為第i個變量的隨機誤差，并用補償后的Xc替代測量值X。
本實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)校正及過失誤差的改進型序列補償方法，得出最終校正的結果如表1和表2所示 表1流率的測量值和校正值

表2組分的測量值和校正值
本實施例方法將有效對系統(tǒng)內(nèi)過程拓撲結構中的氣、固、液三相的流率和組分數(shù)據(jù)開展冗余性分析，同時采用改進型序列補償法用于過失誤差的偵破，并對復雜過程的主要工藝物流進行測量數(shù)據(jù)(流率和組分)的基于組分平衡的在線數(shù)據(jù)校正。本實施例對大規(guī)模生產(chǎn)網(wǎng)絡的過失誤差偵破率提高30％，減少運行時間和迭代次數(shù)。
權利要求
1、一種在線測量數(shù)據(jù)獲取、校正及過失誤差的序列補償方法，其特征在于，包括以下步驟
步驟一，實時地獲取運行的煤化工流量測量數(shù)據(jù)和組分測量數(shù)據(jù)，采用安裝于工業(yè)裝置的管線或傳輸帶上的數(shù)字式計量儀表自動獲得流量測量數(shù)據(jù)，采用人工定時采樣或采用安裝于工業(yè)裝置的設備、管線或傳輸帶上安裝的數(shù)字式在線組分分析儀獲得組分測量數(shù)據(jù)；
步驟二，制造執(zhí)行系統(tǒng)主服務器上的實時數(shù)據(jù)庫自動地、連續(xù)地，按設定的頻度，獲取數(shù)據(jù)校正任務所需要的流量測量數(shù)據(jù)和在線組分分析儀的組分測量數(shù)據(jù)，而對于由人工錄入的組分分析數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)服務器按設定的時間間隔，自動地將指定的數(shù)據(jù)校正任務所需要的組分測量數(shù)據(jù)提取并打包傳輸?shù)街圃靾?zhí)行系統(tǒng)主服務器上的實時數(shù)據(jù)庫中去，保持實時數(shù)據(jù)庫和關系數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)時間上的同步；
步驟三，數(shù)據(jù)校正系統(tǒng)服務器在指定的時間間隔的期末，自動地從制造執(zhí)行系統(tǒng)主服務器讀取數(shù)據(jù)校正任務所需要的全部該時間間隔內(nèi)的流量測量數(shù)據(jù)和組分測量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)校正系統(tǒng)讀入數(shù)據(jù)校正系統(tǒng)服務器上本間隔期內(nèi)流量測量數(shù)據(jù)和組分測量數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)校正，校正后的流量數(shù)據(jù)和組分數(shù)據(jù)存入關系數(shù)據(jù)庫，并復制一份至制造執(zhí)行系統(tǒng)主服務器的實時數(shù)據(jù)庫，供后續(xù)用戶調(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量數(shù)據(jù)的獲取和同步的基礎上，進行動態(tài)的數(shù)據(jù)校正，對煤化工流程系統(tǒng)內(nèi)過程拓撲結構中的氣、固、液三相的流率測量數(shù)據(jù)和組分數(shù)據(jù)進行冗余性分析，進行動態(tài)數(shù)據(jù)校正模型；
②在煤化工流程中涉及多個分流器裝置，對于分流器問題采用雙線性方法對①中的動態(tài)數(shù)據(jù)校正模型進行數(shù)據(jù)校正；
③采用改進型序列補償法對②中的動態(tài)數(shù)據(jù)校正模型中含有過失誤差的變量進行偵破，具體如下
第一步，根據(jù)①建立的動態(tài)數(shù)據(jù)校正模型，構建殘差和協(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為測量數(shù)據(jù)向量、Q為測量數(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，對每一個測量數(shù)據(jù)構造檢驗統(tǒng)計量z，計算所有測量數(shù)據(jù)的檢驗統(tǒng)計量，并對所有的檢驗統(tǒng)計量|zi|按照由大到小進行排序，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進行比較，第一臨界值為根據(jù)給定顯著水平從檢驗統(tǒng)計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，誤差偵破結束，終止運算，輸出數(shù)據(jù)校正結果；若S(1)＞ZC，則進行第三步；
第三步，利用過失誤差的改進型序列補償法檢驗序列S中的檢驗統(tǒng)計量，當序列S中的檢驗統(tǒng)計量大于第二臨界值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)計表得出的置信區(qū)間，則表示有過失誤差，對測量值補償，返回到②，直到將所有序列S中測量數(shù)據(jù)的檢驗統(tǒng)計量都小于第二臨界值ZC1范圍內(nèi)，表示所有的過失誤差全部進行了檢驗，序列S中前幾個變量含有過失誤差的可能性最大。
2、根據(jù)權利要求1所述的在線測量數(shù)據(jù)獲取、校正及過失誤差的序列補償方法，其特征是，所述動態(tài)數(shù)據(jù)較正模型，其目標函數(shù)為
約束方程為
其中，
為測量數(shù)據(jù)的校正值向量，X為測量數(shù)據(jù)向量，U為未測量數(shù)據(jù)矩陣，Q為測量數(shù)據(jù)的方差-協(xié)方差矩陣，A為校正值的系數(shù)矩陣，B為未測量數(shù)據(jù)的系數(shù)矩陣，C為常數(shù)矩陣。
3、根據(jù)權利要求1所述的在線測量數(shù)據(jù)獲取、校正及過失誤差的序列補償方法，其特征是，所述對于分流器問題采用雙線性方法進行數(shù)據(jù)校正，具體如下
第一步，設定從分流器流出的各流股具有各自不同組分的約束，進行雙線性的數(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)代入動態(tài)數(shù)據(jù)校正模型的約束方程，再次進行雙線性的數(shù)據(jù)校正。
4、根據(jù)權利要求1所述的在線測量數(shù)據(jù)獲取、校正及過失誤差的序列補償方法，其特征是，所述構造檢驗統(tǒng)計量z，具體為
zi＝δiWii-1/2，其中，δi是常數(shù)，W＝QATV-1AQ，Q為測量數(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)權利要求1所述的在線測量數(shù)據(jù)獲取、校正及過失誤差的序列補償方法，其特征是，所述數(shù)字式計量儀表自動獲得流量測量數(shù)據(jù)，具體為數(shù)字式計量儀表負責測量管線或傳輸帶上的流量，并將獲得的流量數(shù)字訊號經(jīng)單元工業(yè)裝置的集散控制系統(tǒng)，進入制造執(zhí)行系統(tǒng)自動地存入制造執(zhí)行系統(tǒng)主服務器上的實時數(shù)據(jù)庫。
6、根據(jù)權利要求1所述的在線測量數(shù)據(jù)獲取、校正及過失誤差的序列補償方法，其特征是，所述采用人工定時采樣獲得組分測量數(shù)據(jù)，具體為由分析人員定時去現(xiàn)場采樣，采得的樣品分析得到組分測量數(shù)據(jù)，并將組分測量數(shù)據(jù)錄入分析數(shù)據(jù)服務器上的關系數(shù)據(jù)庫；所述采用數(shù)字式在線組分分析儀獲得組分測量數(shù)據(jù)，具體為數(shù)字式在線組分分析儀在工業(yè)裝置的設備、管線或傳輸帶上測量物質(zhì)的組分，并將獲得的組分數(shù)字信號經(jīng)集散控制系統(tǒng)，進入制造執(zhí)行系統(tǒng)，自動地存入實時數(shù)據(jù)庫。
7、根據(jù)權利要求1所述的在線測量數(shù)據(jù)獲取、校正及過失誤差的序列補償方法，其特征是，所述分析數(shù)據(jù)服務器，其提取組分分析數(shù)據(jù)的時間間隔為數(shù)據(jù)校正時間間隔的1/n，n取5-10。
8、根據(jù)權利要求1或7所述的在線測量數(shù)據(jù)獲取、校正及過失誤差的序列補償方法，其特征是，由于某種原因?qū)е履骋恍枰慕M分測量數(shù)據(jù)未按約定時間錄入或?qū)霑r，分析數(shù)據(jù)服務器將在數(shù)據(jù)校正時間間隔的期末自動繼承該數(shù)據(jù)前一時段的數(shù)值，作為缺損值的替代值。
9、根據(jù)權利要求1所述的在線測量數(shù)據(jù)獲取、校正及過失誤差的序列補償方法，其特征是，流量測量數(shù)據(jù)的瞬時值在時間間隔內(nèi)積分，流量測量數(shù)據(jù)的累計值取間隔期末值與期初值的差值，間隔內(nèi)的同一組分的多個測量值取平均值等，對于經(jīng)過處理的流量測量數(shù)和組分測量數(shù)據(jù)的缺損值由人工補充。
10、根據(jù)權利要求1所述的在線測量數(shù)據(jù)獲取、校正及過失誤差的序列補償方法，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)服務器上，該服務器上備有與系統(tǒng)關聯(lián)的關系數(shù)據(jù)庫，關系數(shù)據(jù)庫上存貯數(shù)據(jù)校正模型、結構參數(shù)和各種常數(shù)，模型、結構參數(shù)和常數(shù)都根據(jù)工業(yè)裝置運行工況的變化由人工作相應的修改。
全文摘要
一種工業(yè)控制技術領域的在線測量數(shù)據(jù)獲取、校正及過失誤差的序列補償方法，步驟為步驟一，實時地獲取運行的煤化工流量測量數(shù)據(jù)和組分測量數(shù)據(jù)；步驟二，制造執(zhí)行系統(tǒng)主服務器上的實時數(shù)據(jù)庫獲取數(shù)據(jù)校正任務所需要的流量測量數(shù)據(jù)和在線組分分析儀的組分測量數(shù)據(jù)，保持實時數(shù)據(jù)庫和關系數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)時間上的同步；步驟三，數(shù)據(jù)校正系統(tǒng)服務器從制造執(zhí)行系統(tǒng)主服務器讀取流量測量數(shù)據(jù)和組分測量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)校正系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)校正，校正后的流量數(shù)據(jù)和組分數(shù)據(jù)供后續(xù)用戶調(diào)，此步驟中采用改進型序列補償法對動態(tài)數(shù)據(jù)校正模型中含有過失誤差的變量進行偵破。本發(fā)明提高了大規(guī)模生產(chǎn)網(wǎng)絡的過失誤差偵破率，減少運行時間和迭代次數(shù)。
文檔編號G05B19/418GK101286059SQ20081003820
公開日2008年10月15日 申請日期2008年5月29日 優(yōu)先權日2008年5月29日
發(fā)明者霞 趙, 潘兆鴻, 吳勝昔, 許曉鳴, 朱建寧 申請人:上海交通大學