Система мониторинга периода скрытого перехода компрессорной станции в аварийное состояние

Для індикації початку періоду прихованого непомітного переходу нафтоперекачувальних і компресорних станцій (НПС і КС) з нормального в аварійний стан запропоновано технологію визначення індикаторів, які для нормального стану мають значення, що дорівнюють нулю. Створено систему моніторингу, в якій за...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Published in:	Проблемы управления и информатики
Date:	2011
Main Authors:	Алиев, Т.А., Мусаева, Н.Ф., Гулуев, Г.А., Саттарова, У.Э., Рзаева, Н.Э.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України 2011
Subjects:	Математическое моделирование и исследование сложных управляемых систем
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/207378
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Система мониторинга периода скрытого перехода компрессорной станции в аварийное состояние / Т.А. Алиев, Н.Ф. Мусаева, Г.А. Гулуев, У.Э. Саттарова, Н.Э. Рзаева // Проблемы управления и информатики. — 2011. — № 6. — С. 61–76. — Бібліогр.: 25 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1860265942006628352
author	Алиев, Т.А. Мусаева, Н.Ф. Гулуев, Г.А. Саттарова, У.Э. Рзаева, Н.Э.
author_facet	Алиев, Т.А. Мусаева, Н.Ф. Гулуев, Г.А. Саттарова, У.Э. Рзаева, Н.Э.
citation_txt	Система мониторинга периода скрытого перехода компрессорной станции в аварийное состояние / Т.А. Алиев, Н.Ф. Мусаева, Г.А. Гулуев, У.Э. Саттарова, Н.Э. Рзаева // Проблемы управления и информатики. — 2011. — № 6. — С. 61–76. — Бібліогр.: 25 назв. — рос.
collection	DSpace DC
container_title	Проблемы управления и информатики
description	Для індикації початку періоду прихованого непомітного переходу нафтоперекачувальних і компресорних станцій (НПС і КС) з нормального в аварійний стан запропоновано технологію визначення індикаторів, які для нормального стану мають значення, що дорівнюють нулю. Створено систему моніторингу, в якій за цими оцінками формується множина інформативних ознак. При експлуатації НПС і КС за номером і величиною елемента індикатора, що не дорівнює нулю, визначається місце і характер несправності, що виникла. To indicate the beginning of latent unnoticeble transition of oil pumping (OPS) and compressor station (CS) from normal into emergency state the technology of determining indicators which take zero values for normal state is proposed. The system of monitoring is also created in which a set of information features is formed based on these estimates. In OPS and CS operating the location and character of occurred fault is determined by the number and value of different from zero element of indicator.
first_indexed	2025-12-07T19:00:49Z
format	Article
fulltext	© Т.А. АЛИЕВ, Н.Ф. МУСАЕВА, Г.А. ГУЛУЕВ, У.Э. САТТАРОВА, Н.Э. РЗАЕВА, 2011 Международный научно-технический журнал «Проблемы управления и информатики», 2011, № 6 61 УДК 519.216 Т.А. Алиев, Н.Ф. Мусаева, Г.А. Гулуев, У.Э. Саттарова, Н.Э. Рзаева СИСТЕМА МОНИТОРИНГА ПЕРИОДА СКРЫТОГО ПЕРЕХОДА КОМПРЕССОРНОЙ СТАНЦИИ В АВАРИЙНОЕ СОСТОЯНИЕ Введение Известно, что для доставки нефти и газа от мест добычи к местам потребления сооружается разветвленная сеть магистральных нефтегазопроводов [1–3]. Магистральные трубопроводы представляют собой сложные инженерные со- оружения, состоящие не только из линейной части, но и ряда объектов, предна- значенных для сбора, подготовки, хранения и перекачки нефти или газа. В число таких объектов входят перекачивающие станции: на нефте- и нефтепродуктопро- водах — нефтеперекачивающие станции (НПС), на газопроводах — компрессор- ные станции (КС). НПС и КС также широко применяются на крупнотоннажных нефтеперерабатывающих и нефтехимических установках. Они обеспечивают надежную работу магистрального трубопровода. Только при безотказной работе перекачивающих станций возможна транспортировка по трубопроводу проектного количества нефти или газа. НПС и КС имеют в своем составе комплекс сооружений и оборудования, обеспечивающий постоянное давление перекачиваемого продукта, его очистку, временное хранение. Нефть и газ, являясь пожаро- и взрывоопасными вещества- ми, транспортируются под давлением. При этом следует учитывать, что большин- ство НПС и КС располагается на значительном расстоянии от промышленных центров, в ряде случаев в районах со сложными природно-климатическими усло- виями, где эксплуатация станций затруднена. Поэтому к системам мониторинга, контроля и управления НПС и КС предъявляются требования сверхвысокой надежности функционирования, исключающие всевозможные аварийные ситуа- ции. Вопросам работоспособности, надежности, эффективности, готовности, отка- зоустойчивости, старения, снижения расходов на ремонтно-восстановительные работы технических объектов посвящено множество работ [4–14], в которых предлагаются различные методы решения перечисленных задач. При этом особое место занимает применение традиционных методов корреляционного и спек- трального анализов, вейвлет-анализа, нейросетевые технологии [8, 9, 11–14] и т.д. Это связано с тем, что в настоящее время при разработке систем мониторинга, ди- агностики, прогнозирования и т.д. все большую актуальность приобретает анализ сигналов в целях выделения информативных признаков, на основании которых создаются база данных и база знаний [14]. Однако реальные сигналы в большин- стве случаев являются зашумленными технологическими параметрами, состоя- щими из смеси полезных сигналов и помех. В этих работах предусматривается фильтрация помех [14]. К сожалению, при этом теряется важная диагностическая информация, поскольку во многих случаях в начале скрытого периода перехода объекта в аварийное состояние именно помехи — основной носитель диагности- ческой информации [15–25]. Поэтому указанные методы в большинстве случаев практически ориентированны на обнаружение явно выраженного периода ава- рийного состояния объектов [4–14]. 62 ISSN 0572-2691 1. Постановка задачи Как указывалось выше, магистральные нефтегазопроводы, НПС и КС отно- сятся к категории объектов повышенной опасности, поскольку транспортируемые по магистральным трубопроводам продукты пожаро- и взрывоопасны. В то же время в результате их эксплуатации появляются конструктивные, производствен- ные, эксплуатационные дефекты от трещин, коррозийного поражения, усталости, износа и т.д. [1–5]. Правильная и эффективная организация мониторинга, контроля и управления перечисленными технологическими процессами позволяет избежать крупных техногенных катастроф, нередко с тяжелыми экологическими и материальными последствиями (из-за разлива нефтепродуктов, утечки газа), взрывами в зоне по- вреждений, пожарами, человеческими жертвами и т.д. При этом многочисленные аварии раньше связывались с ненадежностью эле- ментной базы систем контроля и управления техническими средствами. Теперь, когда надежность как элементной базы, так и всей системы в целом многократно возросла, вероятность возникновения аварий по вине этих систем уменьшилась незначительно. Исследования [15, 16] показали, что с момента перехода объекта из нормального состояния в аварийное непрерывно изменяются характеристики сигналов ),()()( titiXtig  получаемых на выходах соответствующих дат- чиков, где t — шаг дискретизации во времени при измерении сигнала ),2,1( i . При этом, кроме информации полезного сигнала ),( tiX  помеха )( ti также становится носителем диагностической информации. В то же время в традицион- ных технологиях этой спецификой помехи )( ti пренебрегают. В результате информационные системы принимают неадекватные решения. Следовательно, для надежной и безошибочной индикации начала процесса зарождения дефекта необходимо создание новых эффективных технологий вы- числения помехоиндикаторов и создание системы помехомониторинга НПС и КС. Рассмотрим один из возможных вариантов решения этой задачи. Допустим, что при нормальном состоянии НПС и КС в период времени 0T до начала про- цесса зарождения дефекта имеют место классические условия и выполняются со- ответствующие соотношения [15, 16]: ,0,0)0(;0);()( ;,0, 2 ))(( exp 2 1 )]([ 2 0                XXXgXXgg Xg gg T rRmmmRR DDD D tig D tig (1) где )]([ 0 tigT  — закон распределения сигнала );( tig  ,D ,XD gD — оценки дисперсий помехи, полезного и суммарного сигналов соответственно; ),(XXR )(ggR — оценки корреляционных функций полезного сигнала )( tiX  и сум- марного сигнала );( tig  ,m ,Xm gm — математические ожидания помехи по- лезного и суммарного сигналов; ),0( XR Xr — взаимно корреляционная функция и коэффициент корреляции между полезным сигналом )( tiX  и поме- хой )( ti . Однако, когда происходит зарождение дефекта и начинается скрытый период перехода НПС и КС в аварийное состояние, выполнение условия (1) нарушается, т.е. [15, 16] .0,0)0(,),()( ,,0)],([)]([ 10     XXxgxxgg XgTT rRmmRR DDDtigtig (2) Международный научно-технический журнал «Проблемы управления и информатики», 2011, № 6 63 При этом период нормального состояния 0T заканчивается и начинается скрытый период перехода НПС и КС в аварийное состояние .1T В результате из- за нарушения равенства (1) статистические оценки сигнала )( tig  определяются с некоторой погрешностью. Поэтому в течение периода времени 1T искомые оценки непрерывно меняются. В системах контроля это затрудняет своевремен- ное обнаружение начальной стадии процесса зарождения дефекта [15, 16]. Затем дефект приобретает явно выраженную форму. При этом заканчивается скрытый период 1T и начинается явно выраженный аварийный период времени .2T В те- чение этого периода оценки технологических параметров стабилизируются. Следо- вательно, стабилизируются оценки сигнала ),( tig  что позволяет системе обнару- жить дефект. Поэтому практически в период времени 2T регистрируется появление соответствующих дефектов. Из-за этого результаты мониторинга в некоторых слу- чаях запоздалые. Следовательно, для регистрации появления дефекта в системах контроля в период времени 1T необходимо создать технологии, позволяющие уловить момент нарушения равенств (1). Кроме того, также целесообразно разра- ботать технологии определения динамики перехода НПС и КС из нормального состояния в аварийное. В настоящей работе рассматриваются возможные варианты решения этих задач. 2. Возможность применения дисперсии помехи в качестве индикатора Из равенства (1) следует, что при зарождении дефекта, т.е. при микроизмене- ниях технического состояния НПС и КС прежде всего может изменяться диспер- сия помехи D . В связи с этим ее можно использовать как один из надежных ин- дикаторов. В работах [15–25] показано, что дисперсию помехи зашумленного сигнала )( tig  можно вычислить по выражению     N i tigtigtigtigtig N D 1 2 .)])1(()(2))2(()()([ 1  (3) Чтобы убедиться в возможности использования полученной оценки в каче- стве индикатора, представим ее в виде     N i tiXtiXtiXtiXtiXtiX N D 1 )])1(()(2))2(()()()([{ 1   )])1(()(2))2(()()()([ titiXtitiXtitiX   )])1(()(2))2(()()()([ tiXtitiXtitiXti  )]},)1(()(2))2(()()({ 2 tititititi   (4) где ,)()( gmtigtig   ,)(( XmtiXtiX   ;)()(  mtiti  ,gm ,Xm m — математические ожидания соответственно )( tig  , )( tiX  , )( ti . Допуская, что при  tt имеют место выражения [15–25] ),)2(())1(()( tiXtiXtiX   (5) ,10)])1(()(2))2(()()()([ 1 lim 1            tiXtiXtiXtiXtiXtiX N P N iN  (6) 64 ISSN 0572-2691 ,10)])1(()(2))2(()()()([ 1 lim 1            tiXtitiXtitiXti N P N iN  (7) можно считать, что результаты вычисления первой и третьей скобок в (4) будут равны нулю, т.е. ,0)])1(()(2))2(()()()([ 1  tiXtiXtiXtiXtiXtiX N  (8) .0)])1(()(2))2(()()()([ 1  tiXtitiXtitiXti N  (9) Также, учитывая, что между )( tiX  и )( ti отсутствует корреляция, можно считать, что имеют место приближенные равенства: ,0)]()([ 1 1   N i titiX N  (10) ,0)])2(()([ 1 1   N i titiX N  (11) .0)])1(()(2[ 1 1   N i titiX N  (12) Результат вычисления второй скобки в (4) также можно считать равным ну- лю, т.е. .0)])1(()(2))2(()()()([ 1 1   N i titiXtitiXtitiX N  (13) Принимая во внимание, что между ),( ti ))1(( ti  и ))2(( ti  также отсутствует корреляция, т.е.              0)])1(()(2[ 1 0)])2(()([ 1 1 1 N i N i titi N titi N   , (14) можно считать, что результаты вычислений четвертой скобки в (4) будут равны оценке дисперсии помехи )( ti , т.е. .)( 1 ))1()(2)2()()(( 1 1 2 1 2     Dti N tititititi N N i N i  (15) Из выражений (3)–(15) очевидно, что при определении оценки D по выраже- нию (15) она будет изменяться при переходе сигнала из временнóго интервала 0T во временне интервалы 1T или 2T в равенстве (1). Следовательно, оценку D можно использовать для индикации начала микроизменений в техническом со- стоянии объекта контроля. 3. Корреляционные индикаторы начала перехода объекта в аварийное состояние Известно, что на практике при вычислении оценок автокорреляционных и взаимно корреляционных функций дискретизированных зашумленных сигналов ),( tig  ),( ti состоящих из полезных сигналов ),( tiX  )( tiY  и помех ),( ti предполагается, что выполняются равенства [15–25]: Международный научно-технический журнал «Проблемы управления и информатики», 2011, № 6 65 , )()()( )()()(       titiYti titiXtig (16) , )()( )()(         gg gggg RR RR   (17) , )()( )()(        YYYY XXXX RR RR   (18) , )()( )()(       ggXX ggXX RR RR  (19) ,0)()(   XX RR  (20) где ),( XX R ),( gg R ),(   g R ),( YY R )(   X R — автокорреляционные и взаим- но корреляционные функции центрированных сигналов ),( tiX   ),( tig   ),( tiY   )( ti  и помех )( ti  , ;)()(  mtiti  ),(XXR ),(ggR ),(gR )(XYR — автокорреляционные и взаимно корреляционные функции нецентрированных сиг- налов ),( tiX  ),( tig  ),( tiY  );( ti ,,0 max maxmax  t — время, при котором между )( tiX  и tiX  )( или )( tiX  и )( tiY  корреляция равна ну- лю; ;0m ),()( titi   ).()( titi   На практике при зарождении дефекта на реальных объектах согласно равен- ству (1) сигнал )( tig  на выходах датчиков из временнóго интервала 0T перехо- дит в интервал времени .1T При этом нарушается нормальный закон распределе- ния, оценки ),(ggR ),( gg R ),(gR )(   g R получаются с различными по- грешностями и дисперсия помехи отличается от нуля. Причем при временнóм сдвиге ,maxmax t когда между )( tig  и tig  )( max , между )( tig  и )( ti корреляция равна нулю, погрешности оценок )(ggR и )(gR принима- ют максимальные, а погрешности ),( gg R )(   g R — минимальные значения. Тогда согласно равенствам (17)–(20) при нормальном состоянии объекта разности ),()()( maxmaxmax  gggggg RR  (21) )()()( maxmaxmax   ggg RR  (22) равны нулю. Однако при изменении технического состояния они резко меняются. Следовательно, величины ),( maxgg )( max g могут использоваться для индикации микроизменений в техническом состоянии контролируемых объ- ектов. В связи с этим рассмотрим известные алгоритмы определения автокорре- ляционных и взаимно корреляционных функций ,))(()( 1 )( 1 maxmax    N i gg tigtig N R   (23) 66 ISSN 0572-2691     N i g titig N R 1 maxmax ).)(()( 1 )(   (24) Известно [15–25], что между оценками, полученными по выражению (23), как в интервале времени ,0T так и в интервале времени ,1T при max имеет место приближенное равенство .0)()( maxmax 10  T gg T gg RR  (25) Это связано с тем, что погрешности оценок )( max 0  T gg R  и )( max 1  T gg R  формируются из суммы погрешностей N произведений _)(()( max tigtig   с положительными знаками      N i gg tigtig N R 1 max ))(()( 1 )(   (26) и из суммы аналогичных погрешностей N произведений с отрицательными зна- ками, т.е.      N i gg tigtig N R 1 max ).)(()( 1 )(   (27) Только при max между )( tig   и ))(( tig   погрешности )( max   gg R и )( max   gg R компенсируются, так как имеет место приближенное равенство .)()( maxmax    gggg RR (28) В то же время в аналогичном выражении для нецентрированных сигна- лов )( tig  2 1 max ))(()( 1 )( g N i gg mtigtig N R     (29) все указанные выше погрешности оценок )( max 0  T R , возникающие от пере- хода сигнала )( tig  во временне интервалы 1T или ,2T суммируются и оценка )( max 1  T ggR получается с существенными погрешностями. В результате имеем выражения . )()( )()( maxmax maxmax 10 11         T gg T gg T gg T gg RR RR   (30) Отсюда получаем разности , )()()( )()()( maxmaxmax maxmaxmax 10 10 11 11         T gg T ggTT T gg T ggTT RR RR   (31) Международный научно-технический журнал «Проблемы управления и информатики», 2011, № 6 67 которые можно назвать величинами робастности [15–25]. Понятно, что аналогичные выражения можно написать и для оценок взаимно корреляционных функций, т.е. , )()()( )()()( maxmaxmax * maxmaxmax * 10 10 11 11             T g T gTT T g T gTT RR RR   (32) которые при незначительном изменении характеристик сигнала изменяются мгновенно что позволяет использовать их как индикатор начала микроизменений в техническом состоянии объекта контроля. В качестве индикатора также может использоваться разность изменения оце- нок характеристик для нецентрированных сигналов ),( tig  )( ti во временнх интервалах 0T и ,1T т.е. . )()()( )()()( maxmaxmax maxmaxmax 01 10 01 10         T g T gTT T gg T ggTT RR RR (33) Следует также отметить, что при формировании указанных индикаторов точное вычисление max не имеет особого значения. Для каждого технологического пара- метра достаточно осуществить простую процедуру поиска приближенной величины временнóго сдвига ,max t когда между множителями )( tig  и ))(( max tig  отсутствует корреляция. Это осуществляется лишь один раз и определяется величи- на , при которой искомая оценка корреляционной функции равняется нулю. 4. Спектральные помехоиндикаторы Для контроля и управления техническим состоянием НПС и КС можно также применить спектральные помехоиндикаторы [15–25]. В связи с этим ниже пред- лагается несколько возможных вариантов простых и надежных технологий вы- числения спектральных индикаторов. Исследования показали, что согласно ра- венству (1) при зарождении дефекта изменяются спектры как полезного сигнала, так и помехи зашумленного сигнала )( tig  . В большинстве случаев они зависят от возникновения определенных неисправностей в НПС и КС, тогда как при нор- мальном режиме работы эти параметры сигнала не изменяются. Анализ показал, что в спектральных методах мониторинга скрытого периода микроизменений наиболее информативны спектры, для которых при нормальном техническом со- стоянии в период времени 0T выполняются следующие условия: , 0)(sin)( 2 0)(cos)( 2 1 1 0 0                N i T N i T titig N b titig N a (34) , 0)(sinsgn)(sgn 2 0)(cossgn)(sgn 2 1 * 1 * 0 0                N i T N i T titig N b titig N a (35) 68 ISSN 0572-2691 где ,* a ;* b , a b — коэффициенты спектра , которые при нормальном техническом состоянии НПС и КС близки к нулю. Ниже покажем, что информационная ценность этих оценок спектра с часто- той  определяется тем, что они минимизируют погрешности. Благодаря этим важным качествам они используются для индикации начала микроизменений в техническом состоянии объектов контроля. В этой связи рассмотрим специфику характеристик этих спектров. Понятно, что если техническое состояния объекта стабильное, т.е. сигнал )( tig  находится во временнóм интервале ,0T то выражения для определения ,* 0Ta ,* 0Tb 0Ta , 0Tb можно представить в виде , )( )( 00000 00000 0                        TTTTT TTTTT bbbbb aaaaa (36) . )'( )'( 00000 00000                        TTTTT TTTTT bbbbb aaaaa (37) При этом оценки , 0  T a , 0  Ta , 0  T a , 0  T a , 0  T b , 0  Tb , 0  T b , 0  T b , 0    T a , 0   Ta ,' 0  T a , 0    T a , 0    T b , 0   Tb ,' 0  T b    0T b определяются по выражениям , )(cos)]()([ 2 )(cos)]()([ 2 )(cos)]()([ 2 )(cos)]()([ 2 1 * 1 * 1 * 1 * 0 0 0 0                                        N i T N i T N i T N i T tititiX N a tititiX N a tititiX N a tititiX N a     (38) , )(sin)]()([ 2 )(sin)]()([ 2 )(sin)]()([ 2 )(sin)]()([ 2 1 * 1 * 1 * 1 * 0 0 0 0                                        N i T N i T N i T N i T tititiX N b tititiX N b tititiX N b tititiX N b     Международный научно-технический журнал «Проблемы управления и информатики», 2011, № 6 69 , )(cossgn)]()([sgn 2 )(cossgn)]()([sgn 2 )(cossgn)]()([sgn 2 )(cossgn)]()([sgn 2 1 * 1 * 1 * 1 * 0 0 0 0                                        N i T N i T N i T N i T tititiX N a tititiX N a tititiX N a tititiX N a     (39)                                        N i T N i T N i T N i T tititiX N b tititiX N b tititiX N b tititiX N b 1 * 1 * 1 * 1 * )(sinsgn)]()([sgn 2 )(sinsgn)]()([sgn 2 )(sinsgn)]()([sgn 2 )(sinsgn)]()([sgn 2 0 0 0 0     , (40) где ,N ,N ,N N — количество произведений ),(cos)( * titig  )(sin)( * titig  со знаками множителей , , ,  соответственно. Можно показать, что при стабильном техническом состоянии объекта ре- зультаты, полученные по выражениям (36)–(40), не будут изменяться. Это связано с тем, что согласно выражению (34) в период времени 0T количество произведе- ний ),(cos)( * titig  )(sin)( * titig  с положительными и отрицательными знаками равно. Следовательно, погрешности произведений от влияния )( ti между собой компенсируются, т.е.                   N i N i a titititi N 1 1 * )](cos)([)](cos)([ 2 ,0)](cos)([)](cos)([ 1 1                  N i N i titititi (41)                   N i N i b titititi N 1 1 * )](sin)([)](sin)([ 2 .0)](sin)([)](sin)([ 1 1                  N i N i titititi (42) Именно поэтому начало микроизменений безошибочно отражается в указан- ных оценках. В то же время погрешности оценок других спектров в этот момент со- измеримы с изменением характеристик сигнала .)( tig  По этой причине оценки ,na nb других спектров в периоды времени 0T и 1T не обладают таким свойством. Значит, результаты анализа, проведенного по выражениям (34)–(40), можно исполь- зовать как спектральные помехоиндикаторы изменения технического состояния 70 ISSN 0572-2691 объектов контроля. В начале микроизменений в техническом состоянии объекта, когда сигнал переходит во временнóй интервал 1T и дальше в 2T , характеристики как )( tiX  , так и )( ti изменяются, нормальность закона распределения наруша- ется, корреляция между ними отличается от нуля, т.е. .0Xr С этого момента изменение оценок , 0  T a   0Ta , , 0  T a , 0  T a , 0  T b , 0  Tb , 0  T b , 0  T b , 0    T a , 0   Ta , 0    T a , 0    T a , 0    T b , 0   Tb , 0    T b    0T b неизбежно, и они становятся источни- ком диагностической информации. Так если )( tig  подчиняется нормальному за- кону, то при нормальном техническом состоянии объекта согласно выражению (34) имеют место приближенные равенства , 00 00 00 00                              TT TT TT TT bb bb aa aa . 00 00 00 00                              TT TT TT TT bb bb aa aa (43) В начале изменения технического состояния объекта нарушается нормальность закона распределения и равенства (34), (43) преобразовываются в неравенства , 11 11 11 11                              TT TT TT TT bb aa bb aa . 11 11 11 11                              TT TT TT TT bb aa bb aa (44) В результате получаем разности , 111 111 111 111                                      TTT TTT TTT TTT bbb bbb aaa aaa , 111 111 111 111                                      TTT TTT TTT TTT bbb bbb aaa aaa (45) , )()( )()( )()( )()( 11111 11111 11111 11111                                              TTTTT TTTTT TTTTT TTTTT bbbbb aaaaa bbbbb aaaaa (46) которые отражают информацию о начале нарушения нормального состояния, и благодаря этому их можно считать надежными индикаторами изменения техни- ческого состояния объекта контроля. Международный научно-технический журнал «Проблемы управления и информатики», 2011, № 6 71 На основе равенств (36)–(40), (45), (46) выражения для определения оценок спектральных помехоиндикаторов ,* 10TTa ,* 10TTb , 10TTa 10TTb можно привести к виду , * * 1010 1010         TTTT TTTT bbb aaa         **** **** 1010 1010 TTTT TTTT bbb aaa . (47) При реализации формул (34), (35) индикаторы ,* 10TTa ,* 10TTb , 10TTa 10TTb разности оценок, полученных в периоды времени 0T и 1T , надежно от- ражают начало нарушения нормального состояния объекта. В заключение отметим, что определение информативных спектров  для каждого сигнала )( tig  осуществляется только один раз и сводится к достаточно простой процедуре поиска , a ,* b , a , b при котором оценки, полученные по выражению (34), равны нулю. 5. Экспериментальный вариант системы мониторинга перехода компрессорной станции в скрытый период аварийного состояния Ниже приводится один из вариантов экспериментального применения систе- мы мониторинга начала перехода компрессорной станции в аварийное состояние, которая сдана в эксплуатацию 25-го мая 2007 года. Компрессорный агрегат MK 301/2 состоит из электродвигателя (ЕМ), редук- торов (R1, R2), цилиндра низкого давления (LPS) и цилиндра высокого давления (HPS), датчиков вибрации типа ASA-062 (Acceleration sensors type ASA-062) фир- мы Bruel & Kjaer (рис. 1). Рис. 1 На рис. 2 приведена схема системы мониторинга компрессорного агрегата МК 301/2 установки каталитического крекинга на Бакинском нефтеперерабатывающем заводе. В уязвимых информативных местах (точках) компрессорного агрегата МК 301/2 установлены указанные датчики вибрации: в электродвигателе (EM) — четы- ре точки (датчики 11, 12, 13, 14); в первом редукторе (R1) — две точки (датчики 4, 5); в цилиндре низкого давления (LPS) — две точки (датчики 6, 7); во втором редукто- ре (R2) — две точки (датчики 9, 10); в цилиндре высокого давления (HPS) — две точки (датчики 1, 2); в опорных точках — три точки (датчики 3, 8, 15). На выходах датчиков 1–15 получаются сигналы )( tig  виброускорения. Они через барьеры безопасности (Safety barriers AC-297 ATEX for ASA-062) и усили- тели (Conditioning amplifier 2694-A) поступают на входы контроллеров (CPU188- 5v.3 фирмы Fastwel), а затем анализируются на персональном компьютере на базе Pentium. 72 ISSN 0572-2691 1 3 2 4 5 8 6 7 9 10 11 12 15 13 14 Pentium 4 Controller 1 Controller 2 Conditioning amplifier 2694-A Safety barriers AC-297 ATEX for ASA-062 Рис. 2 Анализируемые вибросигналы дискретизируются с частотой 20 кГц, т.е. с шагом дискретизации ,t равным 50 мкс. В каждом цикле время наблюдения T составляет 0,5 с; за этот период обрабатывается 00010N отсчетов. Эти циклы повторяются непрерывно. Система работает следующим образом. По формулам (3), (30)–(33), (43)–(47) находятся дисперсии помех, соответствующие корреляционные и спектральные индикаторы. Затем по ним формируются следующие матричные индикаторы: — вектор индикаторов, состоящий из оценок дисперсий i D помех :)(ti ;)]([ 1521  DDDDW  (48) — вектор индикаторов, состоящий из оценок автокорреляционных функ- ций :)( ii gg R  ;)()()()]([ 15152211    gggggggg RRRRW ii (49) — матрица индикаторов, состоящая из оценок автокорреляционных и взаим- но корреляционных функций ),( ii gg R  )( ji gg R  : ; )()()( )()()( )()()( )]([ 1515215115 1522212 1512111             gggggg gggggg gggggg gg RRR RRR RRR RW (50) — матрицы индикаторов, состоящие из оценок спектральных характеристик ,* a ,* b , a : b ,],[ * * 1521 1521     bbb aaa baW   .],[ ** ** ** 1521 1521     bbb aaa baW   (51) Легко убедиться, что эти матрицы достаточно информативны. Когда состояние объекта нормальное, все элементы матрицы равны нулю. Как только в каком-то уз- ле начинается процесс зарождения дефекта, соответствующий элемент будет от- личаться от нуля. Таким образом, в момент появления дефекта оценки дисперсий Международный научно-технический журнал «Проблемы управления и информатики», 2011, № 6 73 i D помех ),(ti автокорреляционных функций ),( ii gg R  взаимно корреляцион- ных функций )( ji gg R  между сигналами )(tg i  и ),(tg j  а также спектральных индикаторов ,* a ,* b , a b отличаются от нуля. Тогда по номерам элементов векторов )],([ DW )]([  ii gg RW  и номерам столбцов и строк элементов матриц ,)]([  gg RW ,],[  baW ,],[ **  baW которые отличны он нуля, можно опреде- лить, т.е. идентифицировать место и характер неисправности, приводящей к пере- ходу объекта из нормального в аварийное состояние. Например, (рис. 3) начало возникновения дефектов с 16-го по 21-е мая и с 25-го по 26-е мая 2007 года было зарегистрировано в результате вычисления оценки дисперсии помехи сигнала, поступающего от первого датчика цилиндра высокого давления (HPS), которая оказалась отличной от нуля. Также отличные от нуля оценки автокорреляционных и взаимно корреляционных функций между этим сигналом и сигналами, получаемыми от различных датчиков, а также спек- тральные индикаторы этого же сигнала. 2 5 .0 4 .2 0 0 7 2 6 .0 4 .2 0 0 7 2 7 .0 4 .2 0 0 7 2 8 .0 4 .2 0 0 7 2 9 .0 4 .2 0 0 7 3 0 .0 4 .2 0 0 7 0 1 .0 5 .2 0 0 7 0 2 .0 5 .2 0 0 7 0 3 .0 5 .2 0 0 7 0 4 .0 5 .2 0 0 7 0 5 .0 5 .2 0 0 7 0 6 .0 5 .2 0 0 7 0 7 .0 5 .2 0 0 7 0 8 .0 5 .2 0 0 7 0 9 .0 5 .2 0 0 7 1 0 .0 5 .2 0 0 7 1 1 .0 5 .2 0 0 7 1 2 .0 5 .2 0 0 7 1 3 .0 5 .2 0 0 7 1 4 .0 5 .2 0 0 7 1 5 .0 5 .2 0 0 7 1 6 .0 5 .2 0 0 7 1 7 .0 5 .2 0 0 7 1 8 .0 5 .2 0 0 7 1 9 .0 5 .2 0 0 7 2 0 .0 5 .2 0 0 7 2 1 .0 5 .2 0 0 7 2 2 .0 5 .2 0 0 7 2 3 .0 5 .2 0 0 7 2 4 .0 5 .2 0 0 7 2 5 .0 5 .2 0 0 7 2 6 .0 5 .2 0 0 7 2 7 .0 5 .2 0 0 7 2 8 .0 5 .2 0 0 7 2 9 .0 5 .2 0 0 7 3 0 .0 5 .2 0 0 7 3 1 .0 5 .2 0 0 7 0 1 .0 6 .2 0 0 7 0 2 .0 6 .2 0 0 7 0 3 .0 6 .2 0 0 7 0 4 .0 6 .2 0 0 7 0 1000 2000 3000 4000 5000 Рис. 3 На рис. 4 приведена корреляционная функция этого сигнала в указанный пе- риод. Как видно, оценка дисперсии помехи D в период времени 0T равна нулю ,00  T D а в периоды времени 1T и 2T отличны от нуля: ,01  T D ,02  T D при- чем .21 TT DD   Корреляционные индикаторы в период времени 0T равны нулю, т.е. ),()( 00 00  T gg T XX RR  ).()( 00 00  T gg T XX RR В периоды времени 1T и 2T эти ин- дикаторы отличны от нуля, т.е. ),()( 11 11  T gg T XX RR  )()( 22 22  T gg T XX RR  отли- чаются от нуля, причем .210  В то же время зарождение этого дефекта, как видно из графика на рис. 5, не зарегистрировано традиционной технологией анализа виброскорости. 74 ISSN 0572-2691 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,4 t D  200 0 200 400 600 800 1000 T  T0 , RXX(), D , 0max  T  T1 , Rgg(), D , 1max  T  T2 , Rgg(), D , 2max  210  0 2 1 Рис. 4 0 7 .0 5 .2 0 0 7 0 8 .0 5 .2 0 0 7 0 9 .0 5 .2 0 0 7 1 0 .0 5 .2 0 0 7 1 1 .0 5 .2 0 0 7 1 2 .0 5 .2 0 0 7 1 3 .0 5 .2 0 0 7 1 4 .0 5 .2 0 0 7 1 5 .0 5 .2 0 0 7 1 6 .0 5 .2 0 0 7 1 7 .0 5 .2 0 0 7 1 8 .0 5 .2 0 0 7 1 9 .0 5 .2 0 0 7 2 0 .0 5 .2 0 0 7 2 1 .0 5 .2 0 0 7 2 2 .0 5 .2 0 0 7 2 3 .0 5 .2 0 0 7 2 4 .0 5 .2 0 0 7 2 5 .0 5 .2 0 0 7 2 6 .0 5 .2 0 0 7 2 7 .0 5 .2 0 0 7 2 8 .0 5 .2 0 0 7 2 9 .0 5 .2 0 0 7 3 0 .0 5 .2 0 0 7 3 1 .0 5 .2 0 0 7 0 1 .0 6 .2 0 0 7 0 2 .0 6 .2 0 0 7 0 3 .0 6 .2 0 0 7 0 4 .0 6 .2 0 0 7 0 5 .0 6 .2 0 0 7 0 6 .0 6 .2 0 0 7 0 7 .0 6 .2 0 0 7 0 8 .0 6 .2 0 0 7 0 9 .0 6 .2 0 0 7 1 0 .0 6 .2 0 0 7 1 1 .0 6 .2 0 0 7 1 2 .0 6 .2 0 0 7 1 3 .0 6 .2 0 0 7 1 4 .0 6 .2 0 0 7 1 5 .0 6 .2 0 0 7 1 6 .0 6 .2 0 0 7 5 0 10 5 Рис. 5 При эксплуатации системы в течение трех лет многократно регистрировались аналогичные случаи, подтвердившие эффективность предлагаемой технологии. За это время при многократном переходе компрессорной станции в период скрытого аварийного состояния системой не была допущена ошибка сигнализации и реги- страции о нарушении регламента эксплуатации объекта. Заключение Трехлетняя эксплуатация на нефтеперерабатывающем заводе подтвердила надежность мониторинга разработанной системы. Простота реализации системы, надежность и достоверность результатов мониторинга являются фактором, опре- деляющим целесообразность широкого применения рассматриваемых технологий и системы мониторинга для НПС и КС. Опыт эксплуатации этой системы показал, что применение предложенной технологии имеет более широкую область приме- нения. Созданную систему также можно применить для всевозможных техниче- ских объектов с вращающимся оборудованием. Т.А. Алієв, Н.Ф. Мусаєва, Г.А. Гулуєв, У.Е. Саттарова, Н.Е. Рзаєва СИСТЕМА МОНІТОРИНГУ ПЕРІОДУ ПРИХОВАНОГО ПЕРЕХОДУ КОМПРЕСОРНОЇ СТАНЦІЇ В АВАРІЙНИЙ СТАН Для індикації початку періоду прихованого непомітного переходу нафтопере- качувальних і компресорних станцій (НПС і КС) з нормального в аварійний Международный научно-технический журнал «Проблемы управления и информатики», 2011, № 6 75 стан запропоновано технологію визначення індикаторів, які для нормального стану мають значення, що дорівнюють нулю. Створено систему моніторингу, в якій за цими оцінками формується множина інформативних ознак. При екс- плуатації НПС і КС за номером і величиною елемента індикатора, що не дорів- нює нулю, визначається місце і характер несправності, що виникла. T.A. Aliev, N.F. Musaeva, G.A. Guluyev, U.E. Sattarova, N.E. Rzaeva THE SYSTEM OF MONITORING THE PERIOD OF LATENT TRANSITION OF COMPRESSOR STATION INTO EMERGENCY STATE To indicate the beginning of latent unnoticeble transition of oil pumping (OPS) and compressor station (CS) from normal into emergency state the technology of deter- mining indicators which take zero values for normal state is proposed. The system of monitoring is also created in which a set of information features is formed based on these estimates. In OPS and CS operating the location and character of occurred fault is determined by the number and value of different from zero element of indicator. 1. Сооружение компрессорных и нефтеперекачивающих станций магистральных трубопро- водов / Э.В. Актабаев, О.А. Атаев, С.Я. Куриц и др. — М .: Недра, 1979. — 231 с. 2. Аберков А.С., Ильин Л.В. Монтаж оборудования компрессорных станций магистральных газопроводов. Спр. пособие. — М. : Недра, 1989. — 154 с. 3. Строительство и монтаж насосных и компрессорных станций магистральных трубопро- водов / В.В. Бердюк, П.П. Бородавкпн, В.Б. Галеев, И.Б. Спектор, Л.В. Савенко — M. Нед- ра, 1968. — 283 с. 4. Bendat J.S., Piersol A.G. Random data, analysis & measurement procedures. — New York : Wiley-Interscience, 2000. — 594 р. 5. Collacott R.A. Structural integrity monitoring. — London; New York : Chapman Hall, 1985. — 474 p. 6. Красношапка В.А. Влияние переменных технологических нагрузок на динамические про- цессы в машинных агрегатах // Международный научно-технический журнал «Проблемы управления и информатики». — 2011. — № 2. — С. 60–68. 7. Лебедев Д.В. Идентификация отказов чувствительных элементов системы управления ори- ентацией космического аппарата // Там же. — 2010. — № 3. — С. 56–67. 8. Добров В.Л., Игуменцев Е.А., Марчук Я.С. Комплекс защиты и мониторинга технического состояния газоперекачивающего агрегата ГПА-10 «SIMON» // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2006. — № 1. — С. 18–26. 9. Барков А.В., Барков Н.А., Азовцев А.Ю. Мониторинг и диагностика роторных машин по вибрации. — СПб : Изд-во СПб. Государственного морского технического ун-та, 2000. — 169 с. 10. Бондаренко А.Ю. Мониторинг состояния сварных соединений для прогнозирования оста- точного ресурса магистральных нефтегазопроводов // Техническая диагностика и неразру- шающий контроль. — 2003. — № 1. — C. 20–24. 11. Иванов О.В., Лянзберг В.П. Техническая диагностика подшипников качения // Там же. — 2002. — № 3. — С. 3–6. 12. Игуменцев Е.А., Марчук Я.С., Гетьманенко С.В. Нормирование вибрации газоперекачива- ющих агрегатов // Там же. — 2002. — № 3. — С. 7–11. 13. Игуменцев Е.А., Работягой В.И., Шмидт В.В. Методика вибродиагностики технического состояния газоперекачивающих агрегатов ГПА-10 и ГПА-10-01 в условиях эксплуатации на компрессорных станциях газовой промышленности // Там же. — 1996. — № 1. — С. 11–20. 14. Бабичева И.Ф., Шарко А.В. Теоретическая разработки по использованию вейвлет-анализа и нейросетевых технологий в системе диагностики и прогнозирования остаточного ресурса промышленного оборудования // Там же. — 2005. — № 2. — С. 17–21. 15. Aliev T. Digital noise monitoring of defect origin. — London : Springer-Verlag, 2007. — 235 p. 16. Aliev T. Robust technology with analysis of interference in signal processing. — New York : Kluwer Academ./Plenum Publ., 2003. — 199 p. 76 ISSN 0572-2691 17. Алиев Т.А., Мусаева Н.Ф., Гулуев Г.А., Саттарова У.Э. Помехотехнологии индикации и идентификации скрытого периода перехода объекта из нормального в аварийное состояние // Мехатроника, автоматизация, управление. — 2010. — № 9. — С. 13–18. 18. Aliev T.A., Guluyev G.A., Rzayev A.H., Pashayev F.H. Correlated indicators of microchanges in technical state of control objects // Cybernetics and Systems Analysis. — 2009. — N 4. — P. 655–662. 19. Positionally-binary and spectral indicators of microchanges in technical conditions of objects of the control / T.A. Aliev, A.M. Abbasov, G.A. Guluyev, A.H. Rzayev, F.H. Pashayev // Automat. Contr. and Comput. Sci. — 2009. — N 3. — P. 57–69. 20. Aliev T.A. Theoretical fundamentals of interference analysis and failure prediction // Cybernetics and Systems Analysis. — 2008. — 44, N 4. — P. 482–492. 21. Aliev T.A., Aliev E. Technology of noise analysis and monitoring of defect origin // Appl. and Comput. Mathemat. — 2007. — N 2. — P. 245–252. 22. Aliev T.A. Fundamentals of interference monitoring of the defect origin beginning // Automat. Contr. and Comput. Sci. — 2006. — N 5. — P. 12–24. 23. Aliev T.A., Musaeva N.F. Technology of experimental research of the stochastic processes // Ibid. — 2005. — 39, N 4. — P. 15–26. 24. Musaeva N.F. Methodology of calculating robustness as an estimator of the statistical characteris- tics of a noisy signal // Ibid. — 2005. — 39, N 5. — P. 53–62. 25. Aliev T.A., Guluyev G.A. Information system for diagnostics and interference prediction of fail- ures at compressor stations// Ibid. — 2003. — 37, N 6. — P. 28–33. Получено 14.01.2011 После доработки 07.07.2011
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-207378
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	0572-2691
language	Russian
last_indexed	2025-12-07T19:00:49Z
publishDate	2011
publisher	Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
record_format	dspace
spelling	Алиев, Т.А. Мусаева, Н.Ф. Гулуев, Г.А. Саттарова, У.Э. Рзаева, Н.Э. 2025-10-06T18:06:40Z 2011 Система мониторинга периода скрытого перехода компрессорной станции в аварийное состояние / Т.А. Алиев, Н.Ф. Мусаева, Г.А. Гулуев, У.Э. Саттарова, Н.Э. Рзаева // Проблемы управления и информатики. — 2011. — № 6. — С. 61–76. — Бібліогр.: 25 назв. — рос. 0572-2691 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/207378 519.216 10.1615/JAutomatInfScien.v43.i11.70 Для індикації початку періоду прихованого непомітного переходу нафтоперекачувальних і компресорних станцій (НПС і КС) з нормального в аварійний стан запропоновано технологію визначення індикаторів, які для нормального стану мають значення, що дорівнюють нулю. Створено систему моніторингу, в якій за цими оцінками формується множина інформативних ознак. При експлуатації НПС і КС за номером і величиною елемента індикатора, що не дорівнює нулю, визначається місце і характер несправності, що виникла. To indicate the beginning of latent unnoticeble transition of oil pumping (OPS) and compressor station (CS) from normal into emergency state the technology of determining indicators which take zero values for normal state is proposed. The system of monitoring is also created in which a set of information features is formed based on these estimates. In OPS and CS operating the location and character of occurred fault is determined by the number and value of different from zero element of indicator. ru Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України Проблемы управления и информатики Математическое моделирование и исследование сложных управляемых систем Система мониторинга периода скрытого перехода компрессорной станции в аварийное состояние Система моніторингу періоду прихованого переходу компресорної станції в аварійний стан The system of monitoring the period of latent transition of compressor station into emergency state Article published earlier
spellingShingle	Система мониторинга периода скрытого перехода компрессорной станции в аварийное состояние Алиев, Т.А. Мусаева, Н.Ф. Гулуев, Г.А. Саттарова, У.Э. Рзаева, Н.Э. Математическое моделирование и исследование сложных управляемых систем
title	Система мониторинга периода скрытого перехода компрессорной станции в аварийное состояние
title_alt	Система моніторингу періоду прихованого переходу компресорної станції в аварійний стан The system of monitoring the period of latent transition of compressor station into emergency state
title_full	Система мониторинга периода скрытого перехода компрессорной станции в аварийное состояние
title_fullStr	Система мониторинга периода скрытого перехода компрессорной станции в аварийное состояние
title_full_unstemmed	Система мониторинга периода скрытого перехода компрессорной станции в аварийное состояние
title_short	Система мониторинга периода скрытого перехода компрессорной станции в аварийное состояние
title_sort	система мониторинга периода скрытого перехода компрессорной станции в аварийное состояние
topic	Математическое моделирование и исследование сложных управляемых систем
topic_facet	Математическое моделирование и исследование сложных управляемых систем
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/207378
work_keys_str_mv	AT alievta sistemamonitoringaperiodaskrytogoperehodakompressornoistanciivavariinoesostoânie AT musaevanf sistemamonitoringaperiodaskrytogoperehodakompressornoistanciivavariinoesostoânie AT guluevga sistemamonitoringaperiodaskrytogoperehodakompressornoistanciivavariinoesostoânie AT sattarovaué sistemamonitoringaperiodaskrytogoperehodakompressornoistanciivavariinoesostoânie AT rzaevané sistemamonitoringaperiodaskrytogoperehodakompressornoistanciivavariinoesostoânie AT alievta sistemamonítoringuperíoduprihovanogoperehodukompresornoístancíívavaríiniistan AT musaevanf sistemamonítoringuperíoduprihovanogoperehodukompresornoístancíívavaríiniistan AT guluevga sistemamonítoringuperíoduprihovanogoperehodukompresornoístancíívavaríiniistan AT sattarovaué sistemamonítoringuperíoduprihovanogoperehodukompresornoístancíívavaríiniistan AT rzaevané sistemamonítoringuperíoduprihovanogoperehodukompresornoístancíívavaríiniistan AT alievta thesystemofmonitoringtheperiodoflatenttransitionofcompressorstationintoemergencystate AT musaevanf thesystemofmonitoringtheperiodoflatenttransitionofcompressorstationintoemergencystate AT guluevga thesystemofmonitoringtheperiodoflatenttransitionofcompressorstationintoemergencystate AT sattarovaué thesystemofmonitoringtheperiodoflatenttransitionofcompressorstationintoemergencystate AT rzaevané thesystemofmonitoringtheperiodoflatenttransitionofcompressorstationintoemergencystate

Система мониторинга периода скрытого перехода компрессорной станции в аварийное состояние

Institution

Similar Items