[发明专利]一种传感器测量网络的设计方法

摘要

本发明公开了一种传感器测量网络的设计方法。该方法利用图论将实际的工业过程表示为有向图的描述方式，将测量网络的可靠度最高和投资费用最低作为目标，得到最优的传感器测量网络。本发明的优点：1)能够确保加入传感器或仪表后使得最大数量的未测量变量得到计算值，并且使得系统测量数据的可靠度最高；2)本发明适用于投资有限的情况下进行测量网络设计，同时可以指导测量网络的改造设计；3)本发明符合实际工业过程中由于控制、优化和过程监控的需求，在一些关键变量必须测量以及一些过程变量由于技术或工艺上的限制不能被直接测量的前提下给出测量网络设计方案；4)本发明原理简单，实施方便，便于实现与其它应用系统的数据集成。

主权项

1.一种传感器测量网络的设计方法，其特征在于步骤如下：1)用图论表示工业过程测量系统，令图集合G＝(V，E)，其中节点集合V＝{v1，v2，...}用来表示过程中的反应装置、储罐、测量管线的汇流点和分离点；管线的集合E＝{e1，e2，...}用来表示连接各个过程单元的管线，每一条管线ei由两个顶点(vi，vj)唯一确定；2)确定一些必须进行测量的管线位置，这些管线组成的集合表示为Em，同时确定由于技术原因不能测量的管线位置，这些管线组成的集合表示为Ec，由投资决定可供使用的仪表个数NS；3)设具有仪表测量值的管线或者可以由测量值计算得到的可观测管线的集合Eo＝Em，同时得到每个节点的度数集合D(V)＝{d(v1)，d(v2)，...，d(vk)}，d(vk)代表第k个节点的度数，即流进和流出第k个装置的管线数量；4)求解测量网络流程图所有割集的集合Allcutsets＝{A1，A2，...，Ai，...}，Ai代表第i个割集，每个割集包含的所有管线流量值满足物料平衡约束方程；5)将测量网络流程图的全部管线集合E划分为Eo和Euo两个管线集合，即Euo＝E-Eo，对集合进行判断，Euo表示没有仪表测量值和估算值的不可观测管线集合，如果Euo为空集合或者NS＝0，那么算法运算结束并输出结果Eo，确定仪表在测量网络中的安装位置，否则算法转到步骤6)；6)遍历测量网络流程图的所有割集的集合Allcutsets，找到所有仅含有一个不可观测管线的割集，由满足以上条件的不可观测管线构成集合B，如果B是空集合，转到步骤7)，否则更新集合Eo＝Eo+B，转到步骤5)；7)将同时属于集合Ec和集合Eo的管线剔除出集合Ec；8)遍历测量网络流程图的所有割集的集合Allcutsets，找出所有仅含有两个不可观测管线的割集Aj，并将满足以上条件的割集组成新的集合C＝{Aj1，Aj2，Aj3，...}，Aj3代表第j3个割集，如果割集Aji和割集Ajk都包含两个相同的不可观测管线，那么从集合C中删除Ajk，重复以上步骤直到集合C中不存在重复的割集，如果集合C为空集合，那么算法执行步骤9)，否则算法转到步骤10)；9)通过计算得到集合D(Euo)＝{d(e1)，d(e2)，...，d(ei)，...}，其中d(ei)表示管线ei 的度数，由流程图中确定管线ei的两个节点(vi，vj)的度数求和得到，即d(ei)＝d(vi)+d(vi)，如果管线ei属于集合Ec，那么将d(ei)剔除出集合D(Euo)，找到集合D(Euo)中度数最小的管线，在此管线安装传感器或仪表，并将此管线加入集合Eo中，计算NS＝NS-1，同时算法转到步骤5)；10)定义管线集合U表示集合C中所包含的所有不可观测管线，令集合N(U)＝{N(e1)，N(e2)，...，N(eij)，...}，N(eij)表示不可观测管线eij在集合C中出现的数目，即管线eij安装仪表后可以被得到计算值的管线数目，找到最大的N(eij)，并定义变量MAX＝N(eij)，如果集合N(U)中有多个元素等于MAX，那么找到这些对应的管线并将它们组成集合Es＝{es1，es2，...，esi，...}，如果Es为空集合，那么转到步骤11)，否则转到步骤12)；11)找到测量网络流程图中对应MAX的管线，在此管线上安装仪表并将此管线加入集合Eo中，计算NS＝NS-1，同时算法转到步骤5)；12)建立测量网络流程图相关管线度数集合D(Es)＝{d(es1)，d(es2)，...，d(esi)，...}，其中d(esi)表示管线esi的度数，找到最小的d(esi)对应的管线，在此管线上安装仪表并将此管线加入集合Eo中，计算NS＝NS-1，同时算法转到步骤5)。