ПРЕСС-ЦЕНТР

Балансовая система Datacon: беглый взгляд

МКА 4/2002

Введение

Одна из проблем управления сложными технологическими комплексами связана не только со сбором технологических данных, но и преобразованием этих данных для использования в экономических целях. В английской компании SIMSCI, специализирующейся на применяемых в промышленности процессах моделирования, разработан пакет OpenYield Suite, предназначенный для согласования данных и решения учетных задач всего производственного цикла (рис.1).

Для реализации учётных задач нефтеперерабатывающего предприятия в пакет включены приложение OpenYield, а для согласования данных и анализа баланса потоков компонент Datacon. Принципы применения последнего рассмотрим подробнее.

Потоковые схемы

Балансовая система Datacon решает класс задач, связанных с контролем и оценкой потокораспределения в инженерных сетях. Поэтому её областью применения могут быть такие отрасли, как производство нефти и газа, нефтехимическая, химическая, полимерная, фармацевтическая, производство металла и т.п.

Постановка задачи начинается с построения схемы связей между технологическими объектами. Схема может быть представлена в виде графа, вершинами которого являются узлы, а ребрами потоки. На рис. 2 представлен пример схемы потоков для 4-х установок. Для построения схем в Datacon предусмотрен графический интерфейс.

На основе схемы строятся балансовые соотношения. Для нашего примера они имеют вид, показанный на рис.3.

S1=S2+S7                       S1-S2-S7=0

S7=S6+S8       S7-S6-S8=0

S2+S8=S3                       S2+S8-S3=0

S3+S4=S5                       S3+S4-S5=0

Систему уравнений можно преобразовать к виду АX=0,

         где вектор X={S1, S2, , S8}

матрица А =              1              -1            0              0              0              0              -1            0

                                      0              0              0              0              0              -1            1              -1

                                      0              1              -1            0              0              0              0              1

                                      0              0              1              1              -1            0              0              0

Для потока необходимо задать измерения и погрешность этого измерения. Ввод измерений может осуществляться как в ручном, так и в автоматическом режимах. В автоматическом режиме источником данных может служить файл ASCII или База Данных (доступ осуществляется посредством интерфейса ODBC).

Система Datacon позволяет оценивать материальный, тепловой и компонентный балансы на основе заложенных моделей, библиотека которых может дополняться пользователем.

Согласование данных

Учитывая, что величины измерений потоков не являются абсолютно точными, т.е.

истинное значение = измеренное значение + погрешность,

необходимо провести согласование данных. Суть согласования данных заключается в поиске решения, которое удовлетворяет балансовым соотношениям и минимизирует погрешность измерений. Для решения система Datacon использует метод наименьших квадратов, согласно которому минимизируется функция:

при условии AX = 0;

         где Xi - измеренные данные

         Yi согласованные данные

Графическая интерпретация согласования данных (Data Reconciliation) приведена на рис. 4. Для наглядности используется схема с тремя потоками. Поток 3 является входящим, а потоки 1 и 2 исходящими. Обозначим поток 1 как X1, поток 2 как X2, поток 3 как X3. Переменными Y1, Y2, Y3 обозначены измеренные данные потоков 1, 2 и 3 соответственно. Уравнением балансовых соотношений для данной схемы является соотношение X1 + X2 X3 = 0.

В качестве решения ищется точка на плоскости X1 + X2 X3 = 0, наименее удаленная от точки (Y1,Y2,Y3).

 

Учитывая, что погрешность измерений потоков различна, оптимизируемая функция преобразуется к виду:

,

где si оценка стандартного отклонения ошибок измерений Yi.

То есть чем больше погрешность измерения, тем меньший вес имеет это измерение.

Это задача условной оптимизации, для решения которой может быть использован, например, метод проекции градиента.

Помимо согласования данных Datacon проводит 3 статистических теста для анализа больших ошибок: общий, тест измерений и тест измерений главных компонентов. Тесты проводятся исходя из предположения, что величина погрешности измерений имеет нормальное распределение.

Общий тест основан на анализе взвешенных дисбалансов каждого узла. Дисбаланс рассчитывается как разница между входящими и исходящими потоками. Коэффициенты взвешивания оценки стандартных отклонений дисбалансов каждого узла. Если величина погрешности измерений имеет нормальное распределение, то случайная величина

,

где Ri взвешенный дисбаланс i ого узла

v количество узлов (степень свободы)

имеет асимптотическое распределение c2 (сумма квадратов независимых случайных величин, имеющих стандартное нормальное распределение).

В зависимости от степени свободы и свойств распределения величины c2 система Datacon делает вывод о наличии больших ошибок в измерениях.

Тест измерений заключается в определении узла, который с наибольшей вероятностью является источником ошибок. Анализ проводится на основе формулы:

,

где Yi измеренные данные

Xi согласованные данные

si оценка стандартного отклонения ошибок измерений Yi

Тест измерений главных компонентов основан на методе "Анализ главных компонентов" и применяется для поиска источника больших ошибок. Исследуемой функцией является разница между измеренными и согласованными данными.

После проведения статистических тестов и согласования данных Datacon формирует набор отчетов, включающих: отчеты по каждому узлу, суммарный балансовый отчет, отчет о статистических тестах, анализ ошибок измерений.

Заключение

Анализ технологических данных, проводимый системой Datacon, обеспечивает не только определение ошибок и неисправностей измерительной аппаратуры, но и дает оценку эффективности работы установок. Следует также отметить, что Datacon может использоваться и как инструмент для моделирования и оценки проектных решений. Такой подход дает возможности для повышения эффективности управления предприятием и соответственно снижения экономических потерь.

Важной особенностью пакета Datacon является поддержка интеграции с системами ERP и MES.

Тел. (095) 742-68-28