CN102999028B - 煤气介质计量数据预警系统数模建构方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种煤气介质计量数据预警系统数模建构方法，该方法由煤气流量测量系统瞬时量数据异常预警系统数模建构方法、煤气流量日累积数据异常预警系统数模的建构方法和总供量与总用量数据偏差异常报警系统数模的建构方法组成。本发明可以实现能源介质计量数据异常预警系统的功能开发和扩展，使煤气介质计量数据更准确、可靠，数据维护更方便、快捷；对于其他冶金企业建立计量数据信息管理系统和功能开发起到了一定的借鉴作用，特别是对于庞大的计量设备和计量数据维护工作来说，具有较高的技术指导价值。

Description

煤气介质计量数据预警系统数模建构方法
技术领域
本发明涉及大中型冶金企业动力能源计量管理信息系统预警模型数据结构的建立以及计量设备和计量数据的高品质维护技术领域，尤其涉及煤气介质计量数据预警系统数模建构方法。
背景技术
国内冶金企业对于能源介质计量数据的维护和管理，多采用人工统计、分析和平衡，而对于已建成动力能源计量管理信息系统的部分企业来说，也仅局限于对现场测量数据的采集和数据的浏览、查询等基本功能，并且计量设备维护状态和测量数据等信息不直观、不及时，存在计量数据管理落后、计量设备故障处理不及时，数据信息反馈滞后、计量纠纷较多等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种计量设备维护方便、快捷，计量数据准确、可靠的煤气介质计量数据预警系统数模建构方法。
为解决上述问题，本发明所述的煤气介质计量数据预警系统数模建构方法，其特征在于：该方法由煤气流量测量系统瞬时量数据异常预警系统数模建构方法、煤气流量日累积数据异常预警系统数模的建构方法和总供量与总用量数据偏差异常报警系统数模的建构方法组成；
其中
所述煤气流量测量系统瞬时量数据异常预警系统数模建构方法包括以下步骤：
⑴动力能源数据采集子站通过对煤气介质流量测量系统的测量数据进行每秒n=10次的实时取样，取样值分别为xi（i=1，…，n）；
⑵由所述动力能源数据采集子站按求取每秒n=10次独立测量算术平均值；
⑶由所述动力能源数据采集子站按=计算n次测量的实验标准偏差s(xi)的估计值；式中νi为每次测量数据的残差；
⑷根据格拉布斯准则建立采样数据异常值的报警数学模型：
在所述动力能源数据采集子站中按建立数学模型，式中xd为残差νi的绝对值|νi|最大者的可疑值；当时，即可通过所述动力能源数据采集子站的位文件对该量的状态位，置“1”；数据信息通过单模光纤和网络交换机及光纤骨干网传送至工业实时数据库中预先设置好的各计量测点报警开关点位号，当报警开关点位为“1”时，在Web Server中与其对应的位号报警状态也为“1”，这时，数据采集作工作站将会发出声光报警；在给定的置信概率为p=0.99时，n=10次，查格拉布斯准则的临界值表G（α，n）=2.410；
所述煤气流量日累积数据异常预警系统数模的建构方法包括以下步骤：
①根据流量测量误差理论和不确定度来源，确定所述煤气介质流量测量系统的不确定度分量，由所述动力能源数据采集子站按计算所述煤气介质流量测量系统的扩展不确定度；式中
为节流装置标准测量条件下的基本不确定度，也可按节流装置计算书中给出的标准条件下的不确定度结果为依据计算；其中为流出系数不确定度，为可膨胀性系数不确定度，为节流件的开孔直径与节流件的管道内径的比值，为节流件上游侧在工作温度下管道内径的不确定度，为节流件的开孔直径不确定度，为差压计不确定度，为密度不确定度；
为现场节流装置安装及运行状态参数偏离标准条件产生的附加不确定度；根据对多个节流装置具体的核准和计算，使用条件下产生的附加误差一般为；
为工作条件下的偶然性微小变化；按照测量仪表示值误差符合性评定的基本要求估计，为
则：单一煤气流量测点扩展不确定度为：
，k=2，置信水平为95%；
②确定参比量及计算参比量扩展不确定度：
a、高煤发生量的参比量按氮平衡法进行计算，根据接入动力能源数据采集子站的入炉冷风量测量值，计算出该座高炉煤气发生量Qcg（m3/h）：
Qcg=（）；
b、焦煤发生量按每吨干煤在结焦过程中产生310m3进行计算，根据接入动力能源数据采集子站的干煤量值，算出当天各焦炉所产焦炉煤气发生量Qcj（m3/h）：
Qcj=；
c、转炉煤气量按回收率为A（m3/t钢）和钢产量（t）进行计算，根据每日转炉钢产量，计算当日回收转炉煤气发生量）Qcz（m3/h：
Qcz =A×日钢产量/24 ；
d、按空燃比计算各用户煤气量参比值：
根据接入动力能源数据采集子站的加热炉空气量值，按理论空燃比K和空气过剩系数β及空气显示流量值Q空计算加热炉掺烧煤气流量值Q煤：
；
e、借助于其他介质测量条件相对好的计量测点所计算的参比量，其测量不确定度可按照借助测点流量测量不确定度进行计算，即
式中：
其中：为流出系数不确定度，为可膨胀性系数不确定度，为节流件的开孔直径与节流件的管道内径的比值，为节流件上游侧在工作温度下管道内径的不确定度，为节流件的开孔直径不确定度，为差压计不确定度，为密度不确定度；
：因入炉冷风量和燃烧空气量的测量条件更接近标准条件，根据对多个空气量的具体核准和计算，
则：参比量的扩展不确定度为
，k=2，置信水平为95%；
③对测量值与参比值进行比对，计算合成标准不确定度
对于两套不同准确度的计量设备进行测量和比对后，得到测量值与参比值之间差值的绝对值为：；被测煤气量与参比量的合成扩展不确定度为：Uij=
其中：Ui 为被测煤气量的扩展不确定度，Uj 为参比量的扩展不确定度；
④建立数据异常预警的数学模型：
当△Qi |≥Uij时，判定被测量值异常，所述动力能源数据采集子站对该量的状态位，置“1”； 数据信息通过单模光纤和网络交换机及光纤骨干网传送至工业实时数据中预先设置好的各计量测点报警开关点位号，当报警开关点位为“1”时，在Web Server中与其对应的位号报警状态也为“1”，这时，数据采集作工作站将会发出声光报警；
所述总供量与总用量数据偏差异常报警系统数模的建构方法包括以下步骤：
Ⅰ、按照总供量和总用量的组成测点，根据各单一流量测点在数据关系中的贡献大小，确定各计量测点的灵敏系数；
Ⅱ、根据，在动力能源数据采集子站中计算出总供量各组成计量测点的流量测量不确定度Eqv(xi)（i=1,2,…，n）和灵敏系数；以及总用量各组成计量测点的流量测量不确定度Eqv(xj)（j=1,2,…，n），和灵敏系数，在工业实时数据库中建立运算关系中间位号，并按下式分别求出总供量和总用量的合成标准不确定度Ec(y)、Ec(y’)：
总供量合成标准不确定度的计算：
，
总用量合成标准不确定度的计算：
Ⅲ、由总供量和总用量的合成标准不确定度按计算出总供量与总用量数据差异不确定度E；
Ⅳ、根据总供量与总用量数据差异判定条件，在工业实时数据库中按建立数据预警数学模型；
Ⅴ、当时，在实工业实时数据库中设置的报警开关量点位号，置“1”； 此时，在Web Server 中与其对应的位号报警状态也为“1”，这时，数据采集作工作站将会发出声光报警。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明是建立在冶金企业煤气流量测量系统和动力能源数据采集系统以及计量管理信息系统上的功能开发，借助于冶金企业已经建成的动力能源计量管理信息系统平台，实现数据异常预警系统功能而发明的，是目前企业节能减排，挖潜增效，有效降低生产成本，提升企业市场竞争力，实现精、细、化管理的强有力手段。
2、本发明中采用了对煤气介质计量数据进行正态分布符合性评定及不确定度评定的方法对计量数据的误差进行了理论分析和实际影响估计，是目前最科学的测量误差判定和数据处理方法，也是针对计量设备失常和计量数据失准后，发现和处理问题滞后而提供的最直接、最有效的解决方案，是对计量数据及计量设备进行后期基础维护及精细维护的技术保证措施，对冶金企业动力能源介质的准确计量和计量数据的维护起到了重要的指导作用。应用此发明
3、本发明可以实现能源介质计量数据异常预警系统的功能开发和扩展，使煤气介质计量数据更准确、可靠，数据维护更方便、快捷；对于其他冶金企业建立计量数据信息管理系统和功能开发起到了一定的借鉴作用，特别是对于庞大的计量设备和计量数据维护工作来说，具有较高的技术指导价值。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1为本发明的系统图。
图中：1—煤气介质流量测量系统2—动力能源数据采集子站3—单模光纤 4—网络交换机 5—光纤骨干网 6—数据采集工作站 7—工业实时数据库。
具体实施方式
如图1所示，煤气介质计量数据预警系统数模建构方法，该方法由煤气流量测量系统瞬时量数据异常预警系统数模建构方法、煤气流量日累积数据异常预警系统数模的建构方法和总供量与总用量数据偏差异常报警系统数模的建构方法组成。
其中
煤气流量测量系统瞬时量数据异常预警系统数模建构方法包括以下步骤：
⑴动力能源数据采集子站2通过对煤气介质流量测量系统1的测量数据进行每秒n=10次的实时取样，取样值分别为xi（i=1，…，n）；
⑵由动力能源数据采集子站（2）按求取每秒n=10次独立测量算术平均值；
⑶由动力能源数据采集子站2按=计算n次测量的实验标准偏差s(xi)的估计值；式中νi为每次测量数据的残差；
⑷根据格拉布斯准则建立采样数据异常值的报警数学模型：
在动力能源数据采集子站2中按建立数学模型，式中xd为残差νi的绝对值|νi|最大者的可疑值；当时，即可通过动力能源数据采集子站2的位文件对该量的状态位，置“1”；数据信息通过单模光纤3和网络交换机4及光纤骨干网5传送至工业实时数据库7中预先设置好的各计量测点报警开关点位号，当报警开关点位为“1”时，在Web Server中与其对应的位号报警状态也为“1”，这时，数据采集作工作站6将会发出声光报警；在给定的置信概率为p=0.99时，n=10次，查格拉布斯准则的临界值表G（α，n）=2.410。
煤气流量日累积数据异常预警系统数模的建构方法包括以下步骤：
①根据流量测量误差理论和不确定度来源，确定煤气介质流量测量系统1的不确定度分量，由动力能源数据采集子站2按计算煤气介质流量测量系统1的扩展不确定度；式中
为节流装置标准测量条件下的基本不确定度，也可按节流装置计算书中给出的标准条件下的不确定度结果为依据计算；其中为流出系数不确定度，为可膨胀性系数不确定度，为节流件的开孔直径与节流件的管道内径的比值，为节流件上游侧在工作温度下管道内径的不确定度，为节流件的开孔直径不确定度，为差压计不确定度，为密度不确定度；
为现场节流装置安装及运行状态参数偏离标准条件产生的附加不确定度；根据对多个节流装置具体的核准和计算，使用条件下产生的附加误差一般为；
为工作条件下的偶然性微小变化；按照测量仪表示值误差符合性评定的基本要求估计，为
则：单一煤气流量测点扩展不确定度为：
，k=2，置信水平为95%；
②确定参比量及计算参比量扩展不确定度：
a、高煤发生量的参比量按氮平衡法进行计算，根据接入动力能源数据采集子站2的入炉冷风量测量值，计算出该座高炉煤气发生量Qcg（m3/h）：
Qcg=（）；
b、焦煤发生量按每吨干煤在结焦过程中产生310m3进行计算，根据接入动力能源数据采集子站2的干煤量值，算出当天各焦炉所产焦炉煤气发生量Qcj（m3/h）：
Qcj=；
c、转炉煤气量按回收率为A（m3/t钢）和钢产量（t）进行计算，根据每日转炉钢产量，计算当日回收转炉煤气发生量）Qcz（m3/h：
Qcz =A×日钢产量/24 ；
d、按空燃比计算各用户煤气量参比值：
根据接入动力能源数据采集子站2的加热炉空气量值，按理论空燃比K和空气过剩系数β及空气显示流量值Q空计算加热炉掺烧煤气流量值Q煤：
；
e、借助于其他介质测量条件相对好的计量测点所计算的参比量，其测量不确定度可按照借助测点流量测量不确定度进行计算，即
式中：
其中：为流出系数不确定度，为可膨胀性系数不确定度，为节流件的开孔直径与节流件的管道内径的比值，为节流件上游侧在工作温度下管道内径的不确定度，为节流件的开孔直径不确定度，为差压计不确定度，为密度不确定度；
：因入炉冷风量和燃烧空气量的测量条件更接近标准条件，根据对多个空气量的具体核准和计算，
则：参比量的扩展不确定度为
，k=2，置信水平为95%；
③对测量值与参比值进行比对，计算合成标准不确定度
对于两套不同准确度的计量设备进行测量和比对后，得到测量值与参比值之间差值的绝对值为：；被测煤气量与参比量的合成扩展不确定度为：Uij=
其中：Ui 为被测煤气量的扩展不确定度，Uj 为参比量的扩展不确定度；
④建立数据异常预警的数学模型：
当△Qi |≥Uij时，判定被测量值异常，动力能源数据采集子站2对该量的状态位，置“1”； 数据信息通过单模光纤3和网络交换机4及光纤骨干网5传送至工业实时数据7中预先设置好的各计量测点报警开关点位号，当报警开关点位为“1”时，在Web Server中与其对应的位号报警状态也为“1”，这时，数据采集作工作站6将会发出声光报警。
总供量与总用量数据偏差异常报警系统数模的建构方法包括以下步骤：
Ⅰ、按照总供量和总用量的组成测点，根据各单一流量测点在数据关系中的贡献大小，确定各计量测点的灵敏系数；
Ⅱ、根据，在动力能源数据采集子站2中计算出总供量各组成计量测点的流量测量不确定度Eqv(xi)（i=1,2,…，n）和灵敏系数；以及总用量各组成计量测点的流量测量不确定度Eqv(xj)（j=1,2,…，n），和灵敏系数，在工业实时数据库7中建立运算关系中间位号，并按下式分别求出总供量和总用量的合成标准不确定度Ec(y)、Ec(y’)：
总供量合成标准不确定度的计算：
，
总用量合成标准不确定度的计算：
Ⅲ、由总供量和总用量的合成标准不确定度按计算出总供量与总用量数据差异不确定度E；
Ⅳ、根据总供量与总用量数据差异判定条件，在工业实时数据库7中按建立数据预警数学模型；
Ⅴ、当时，在实工业实时数据库7中设置的报警开关量点位号，置“1”； 此时，在Web Server 中与其对应的位号报警状态也为“1”，这时，数据采集作工作站6将会发出声光报警。

Claims (1)

1.煤气介质计量数据预警系统数模建构方法，其特征在于：该方法由煤气流量测量系统瞬时量数据异常预警系统数模建构方法、煤气流量日累积数据异常预警系统数模的建构方法和总供量与总用量数据偏差异常报警系统数模的建构方法组成；
其中
所述煤气流量测量系统瞬时量数据异常预警系统数模建构方法包括以下步骤：
⑴动力能源数据采集子站（2）通过对煤气介质流量测量系统（1）的测量数据进行每秒n=10次的实时取样，取样值分别为xi（i=1，…，n）；
⑵由所述动力能源数据采集子站（2）按 求取每秒n=10次独立测量算术平均值；
⑶由所述动力能源数据采集子站（2）按=计算n次测量的实验标准偏差s(xi)的估计值；式中νi为每次测量数据的残差；
⑷根据格拉布斯准则建立采样数据异常值的报警数学模型：
在所述动力能源数据采集子站（2）中按建立数学模型，式中xd为残差νi的绝对值|νi|最大者的可疑值；当时，即可通过所述动力能源数据采集子站（2）的位文件对该量的状态位，置“1”；数据信息通过单模光纤（3）和网络交换机（4）及光纤骨干网（5）传送至工业实时数据库（7）中预先设置好的各计量测点报警开关点位号，当报警开关点位为“1”时，在Web Server中与其对应的位号报警状态也为“1”，这时，数据采集作工作站（6）将会发出声光报警；在给定的置信概率为p=0.99时，n=10次，查格拉布斯准则的临界值表G（α，n）=2.410；
所述煤气流量日累积数据异常预警系统数模的建构方法包括以下步骤：
①根据流量测量误差理论和不确定度来源，确定所述煤气介质流量测量系统（1）的不确定度分量，由所述动力能源数据采集子站（2）按计算所述煤气介质流量测量系统（1）的扩展不确定度；式中
为节流装置标准测量条件下的基本不确定度，也可按节流装置计算书中给出的标准条件下的不确定度结果为依据计算；其中为流出系数不确定度，为可膨胀性系数不确定度，为节流件的开孔直径与节流件的管道内径的比值，为节流件上游侧在工作温度下管道内径的不确定度，为节流件的开孔直径不确定度，为差压计不确定度，为密度不确定度；
为现场节流装置安装及运行状态参数偏离标准条件产生的附加不确定度；
根据对多个节流装置具体的核准和计算，使用条件下产生的附加误差一般为；
为工作条件下的偶然性微小变化；按照测量仪表示值误差符合性评定的基本要求估计，为
则：单一煤气流量测点扩展不确定度为：
，k=2，置信水平为95%；
②确定参比量及计算参比量扩展不确定度：
a、高煤发生量的参比量按氮平衡法进行计算，根据接入动力能源数据采集子站（2）的入炉冷风量测量值，计算出该座高炉煤气发生量Qcg（m3/h）：
Qcg=（）；
b、焦煤发生量按每吨干煤在结焦过程中产生310m3进行计算，根据接入动力能源数据采集子站（2）的干煤量值，算出当天各焦炉所产焦炉煤气发生量Qcj（m3/h）：
Qcj=；
c、转炉煤气量按回收率为A（m3/t）和钢产量（t）进行计算，根据每日转炉钢产量，计算当日回收转炉煤气发生量）Qcz（m3/h）：
Qcz =A×日钢产量/24 ；
d、按空燃比计算各用户煤气量参比值：
根据接入动力能源数据采集子站（2）的加热炉空气量值，按理论空燃比K和空气过剩系数β及空气显示流量值Q空气计算加热炉掺烧煤气流量值Q煤气参比量：
Q煤气参比量= Q空气/K·β
e、借助于其他介质测量条件相对好的计量测点所计算的参比量，其测量不确定度可按照借助测点流量测量不确定度进行计算，即
式中：
其中：为流出系数不确定度，为可膨胀性系数不确定度，为节流件的开孔直径与节流件的管道内径的比值，为节流件上游侧在工作温度下管道内径的不确定度，为节流件的开孔直径不确定度，为差压计不确定度，为密度不确定度；
：因入炉冷风量和燃烧空气量的测量条件更接近标准条件，根据对多个空气量的具体核准和计算，
则：参比量的扩展不确定度为
，k=2，置信水平为95%；
③对测量值与参比值进行比对，计算合成标准不确定度
对于两套不同准确度的计量设备进行测量和比对后，得到测量值与参比值之间差值的绝对值为：△Qi=|Q被测煤气量-Q煤气参比量|；被测煤气量与煤气参比量的合成扩展不确定度为：Uij=；其中：Ui 为被测煤气量的扩展不确定度，Uj 为煤气参比量的扩展不确定度；煤气参比量是指Qcg、Qcj、Qcz；
④建立数据异常预警的数学模型：
当△Qi ≥Uij时，判定被测量值异常，所述动力能源数据采集子站（2）对该量的状态位，置“1”； 数据信息通过单模光纤（3）和网络交换机（4）及光纤骨干网（5）传送至工业实时数据（7）中预先设置好的各计量测点报警开关点位号，当报警开关点位为“1”时，在WebServer中与其对应的位号报警状态也为“1”，这时，数据采集作工作站（6）将会发出声光报警；
所述总供量与总用量数据偏差异常报警系统数模的建构方法包括以下步骤：
Ⅰ、按照总供量和总用量的组成测点，根据各单一流量测点在数据关系中的贡献大小，确定各计量测点的灵敏系数；
Ⅱ、根据，在动力能源数据采集子站（2）中计算出总供量各组成计量测点的流量测量不确定度Eqv(xi)（i=1,2,…，n）和灵敏系数；以及总用量各组成计量测点的流量测量不确定度Eqv(xj)（j=1,2,…，n），和灵敏系数，在工业实时数据库（7）中建立运算关系中间位号，并按下式分别求出总供量和总用量的合成标准不确定度Ec(y)、Ec(y’)：
总供量合成标准不确定度的计算：
，
总用量合成标准不确定度的计算：
Ⅲ、由总供量和总用量的合成标准不确定度按计算出总供量与总用量数据差异不确定度E；
Ⅳ、根据总供量与总用量数据差异判定条件，在工业实时数据库（7）中按建立数据预警数学模型；
Ⅴ、当时，在实工业实时数据库（7）中设置的报警开关量点位号，置“1”； 此时，在Web Server 中与其对应的位号报警状态也为“1”，这时，数据采集作工作站（6）将会发出声光报警。
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