ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ/12. Автоматизированные системы управления на производстве

К.т.н. Чигур І.І.

Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу

Забезпечення достовірності інформаційних потоків в системі контролю бурових доліт

Автоматизований контроль зношення бурових доліт в реальному часі – важлива науково-практична задача, від вирішення якої залежать техніко-економічні показники процесу будівництва нафтогазових свердловин та його безаварійність. Запропонована система підтримки прийняття рішення, що базується на інтелектуальних нейромережевих алгоритмах [1], передбачає аналіз інформаційних потоків доступної на гирлі свердловини інформації про зміну основних технологічних параметрів процесу буріння.

Вхідною інформацією в цьому випадку є значення технологічних параметрів, виміряних давачами, розміщеними безпосередньо на буровій установці. Сигнали давачів передаються по каналу зв’язку в обчислювальний комплекс, який в режимі радника допомагає оператору-бурильнику визначити момент підйому породоруйнівного інструменту для заміни в зв’язку з його зношенням.

Однак в деяких випадках самі давачі і канал зв’язку по якому передається технологічна інформація, вносять додаткову невизначеність в результати контролю стану бурових доліт [1]. Це обумовлено тим, що в системі «давачі - канал зв’язку - вхід обчислювального комплексу» (інформаційно-вимірювальний канал) можуть виникнути стани, обумовлені як зовнішніми так і внутрішніми факторами (електромагнітні перешкоди, зміна характеристик каналу зв’язку, поломки вимірювальних пристроїв та інші), які приводять до виникнення недостовірної інформації про значення контрольованих технологічних параметрів.

Перевірка та заміна існуючих інформаційно-вимірювальних каналів в деяких випадках пов’язана із зупинкою процесу буріння, що передбачає значні економічні втрати. Крім того здійснення процедур перевірки достовірності телеметричної інформації не завжди можливе через особливості контрольованого об’єкту, через випадкові і непередбачувані впливи зовнішнього середовища: перешкоди, наводки, вібрації, шуми, викликані зміною режимів роботи технологічного обладнання [2,3,6]. Таким чином в кожний момент часу досить важко оцінити достовірність вхідної інформації і як наслідок алгоритми обробки цієї інформації не забезпечують необхідної якості розпізнавання станів контрольованого об’єкта.

Одним із способів підвищення достовірності вхідної інформації шляхом виявлення відмов інформаційно-вимірювальних каналів є розрахунки на основі балансових співвідношень технологічного процесу буріння.

Для досліджуваного технологічного процесу система балансових співвідношень може бути записана у наступному вигляді [4,5]:

(1)

де - вектор розмірності оцінок дійсних значень технологічних параметрів; – число рівнянь балансів.

На практиці баланси, як правило, не сходяться. Переконливим підтвердженням присутності помилок вимірювання є порушення балансових співвідношень при підстановці в них усереднених на досить тривалому інтервалі часу результатів вимірювань за умови відсутності технологічних відмов. Виявлені дисбаланси можуть бути усунуті шляхом зсуву значень вимірюваних величин всередині діапазонів їх невизначеності, обумовлених похибкою вимірювань.

Рівняння системи балансових співвідношень (1) виконуються тільки при підстановці в них оцінок дійсних  значень технологічних параметрів

(2)

де - значення -го параметра, отримані за результатами вимірювань і обробки у відповідних процедурах усереднення й інтегрування при підготовці інформації для розрахунків балансів; - обчислене по алгоритму оцінювання відхилення -го параметра, що забезпечує разом з іншими скоректованими параметрами збіжність усіх рівнянь системи (1).

При підстановці вектора виміряних параметрів у рівняння системи (1), вона прийме вид:

(3)

Значення, які здатні скорегувати рівняння балансів, можуть бути знайдені з розв'язку задачі оптимального розподілу коригувальних поправок відповідно до критерію

, (4)

при системі обмежень типу рівностей

, (5)

де - верхня межа діапазону вимірювання, - часткові похідні системи рівнянь (3) по змінним, ; - вагові коефіцієнти, що дозволяють врахувати відмінність похибок засобів вимірювання.

Поставлена задача відноситься до класу задач оптимального розподілу при наявності обмежень і може бути вирішена методом невизначених множників Лагранжа.

За допомогою алгоритму корекції можливо проводити більш глибокий аналіз роботи окремих вимірювальних каналів.

Якщо здійснити ряд циклів оцінювання результатів вимірювання, то можна в кожному циклі визначати відносну різницю скоректованого й виміряного значень відповідно до виразу:

, (6)

де - оцінка дійсного значення виміряного параметра .

Сукупність результатів множини циклів вимірювання дозволить більш точно оцінити вірогідність роботи окремих вимірювальних каналів. Наявність повторюваного від циклу до циклу великого значення і його постійного знака може вказувати на систематичну складову похибки вимірювання -го параметра, а порушення умови

, (7)

де - допустиме значення похибки вимірювання, вказує на часткову відмову -го вимірювального каналу.

Однак для об’єкта контролю, у якого вимірювані величин формують балансові співвідношення неоднаково, проводити діагностичні процедури в такий спосіб не зовсім коректно. Це пояснюється тим, що на оцінки дійсних значень вимірюваних величин великий вплив мають варіації параметрів, що мають найбільшу вагу в балансових співвідношеннях, а також порушення режимів функціонування технологічного обладнання бурової установки. Може виникнути ситуація, коли часткова відмова деякого вимірювального каналу викличе порушення умови (7) не тільки для свого каналу, але й для інших, що приведе до неправильних діагностичних висновків.

Вирішити таку ситуацію дозволяє підхід, що базується на алгоритмах класифікації (розпізнавання образів).

Для розв'язку задач класифікації існує досить багато методів. Найбільш відомими є регресійний і дискримінантний аналіз, а також методи, що базуються на використанні евристичних і лінійних алгоритмів розпізнавання та на основі ієрархічних дерев рішень.

Основним недоліком таких методів є висока чутливість до незначних змін параметрів системи й шумам. Для них потрібні чіткий поділ класів, відсутність пропусків у таблиці навчальної вибірки, відомості про закон розподілу й великий обсяг статистики. Крім того, недоліком усіх статистичних моделей є труднощі з виявленням причин відмов. Тому в подальшому пропонується для вирішення цієї задачі скористатися технологіями штучного інтелекту (фаззі-логіка, штучні нейронні мережі), що дасть можливість досить швидко й у реальному масштабі часу адаптуватися до зміни властивостей інформаційно-вимірювальних каналів системи контролю.

Впровадження запропонованих підходів дозволить підвищить достовірність інформаційних потоків в розробленій системі, і тим самим, поліпшить якість контролю технічного стану породоруйнівного інструменту.

Література

1. Семенцов Г.Н., Чигур І.І. Основні концепції створення автоматизованої системи контролю за технічним станом породоруйнівного інструменту. Нафтогазова енергетика. – 2007. - №1. – С. 61-63.

2. Автоматическое управление в химической промышленности/Под ред. Е.Г. Дудникова. М.: Химия, 1987. 368 с.

3. Ицкович Э.Л. Контроль производства с помощью вычислительных машин. М., ²Энергия², 1975.

4. Технологии искусственного интеллекта в задачах диагностики частичных отказов измерительных каналов АСУТП.//Репин А.И., Сабанин В.Р., Смирнов Н.И., //Новые технологии в автоматизации технологических процессов: Сб.науч. тр. /ГОУ ВПО Иван. гос. ун-т.-Иваново, 2005.-200с. - С.103-128.

5. Сабанин В.Р., Смирнов Н.И., Репин А.И., Аракелян Э.К., Макаров О.Н., Андреев С.Н. Математическое и программное обеспечение алгоритма коррекции измеряемых параметров для расчета технико-экономических показателей на ТЭЦ.//Вестник МЭИ. 2003. №1. - С.21-27.

6. Чигур І.І. Інформаційна модель відпрацювання шарошкового долота при бурінні свердловин на нафту і газ. Методи та прилади контролю якості. - 1999.- № 3.- С. 34-37.