ЭКСПЕРТНАЯ СИСТЕМА ДИАГНОСТИКИ …kraftpump.ru/dokumenty/117-120.pdf ·...

4
2009,том7,№1 Экология и промбезопасность ЭКСПЕРТНАЯСИСТЕМАДИАГНОСТИКИ ЭЛЕКТРОЦЕНТРОБЕЖНЫХНАСОСОВ DIAGNOSTICSYSTEMOFELECTRICALSUBMERSIBLEPUMPS ÓÄÊ 622.24 А.А. Пашали, М.Г. Волков, А.В. Жонин КНТЦ ОАО «НК «Роснефть», ООО «РНУфаНИПИнефть» A. A. Pashali, A.V. Zhonin, M. G. Volkov Rosneft Oil Company, LLC «RNUfaNIPIneft» Äèàãíîñòèêà ïîâåäåíèÿ ÓÝÖÍ, âûÿâëåíèå íåñòàáèëüíûõ ðåæèìîâ åãî ðàáîòû, ÿâëÿåòñÿ âàæíûì çâåíîì àíàëèçà ïðîöåññîâ äîáû÷è íåôòè è òðåáóåò ïðèâëå÷åíèÿ ýêñïåðòíûõ ñèñòåì (ÝÑ).  ñòàòüå ïðåäëîæåí ïîä- õîä, îñíîâàííûé íà àíàëèçå àìïëèòóäíî-÷àñòîòíîãî ñïåêòðà íåéðîñåòå- âûìè ìåòîäàìè è ìåõàíèçì àíàëèçà ïàòòåðíîâ. The article is about solving problem of diagnostics non-steady state of elec- trical submersible pumps. Type recognition of state is found on amplitude- frequency spectrum analysis with neural networks. Asynchronous motor model and pattern analysis is used for the accuracy increase. Quality of the system is sufficient for practical using. Êëþ÷åâûå ñëîâà: àìïëèòóäíî-÷àñòîòíûå ñïåêòðû, ÓÝÖÍ, ýêñïåðòíûå ñèñòåìû, íåéðîñå- òåâûå ìåòîäû, èíòåëëåêòóàëüíûå ñèñòåìû, ïî- ãðóæíîé ýëåêòðîäâèãàòåëü Key words: diagnostics, electrical submersible pump, amplitude-frequency spectrum, neural net- work, pattern analysis. Ïðè èñïîëüçîâàíèè óñòàíîâîê ýëåêòðî- öåíòðîáåæíûõ íàñîñîâ (ÓÝÖÍ) â íåôòåäîáû- ÷å, íàáëþäàþòñÿ íåñòàáèëüíûå ðåæèìû ðàáîòû. Âñëåäñòâèå èõ íåñâîåâðåìåííîãî îá- íàðóæåíèÿ ïðîèñõîäÿò ñáîè â äîáû÷å íåôòè. Ñèòóàöèÿ îñëîæíÿåòñÿ íàëè÷èåì îãðîìíîãî êîëè÷åñòâà ïîñòîÿííî ïîñòóïàþùåé èíôîð- ìàöèè, êîòîðóþ ôèçè÷åñêè íåâîçìîæíî îáðàáîòàòü ÷åëîâåêó ñàìîñòîÿòåëüíî, áåç èñïîëüçîâàíèÿ èíòåëëåêòóàëüíûõ ñèñòåì. Äèàãíîñòèêà ïîâåäåíèÿ ÓÝÖÍ, âûÿâëåíèå íåñòàáèëüíûõ ðåæèìîâ åãî ðàáîòû, ÿâëÿåòñÿ âàæíûì çâåíîì àíàëèçà ïðîöåññîâ äîáû÷è íåôòè è òðåáóåò ïðèâëå÷åíèÿ ýêñïåðòíûõ ñè- ñòåì (ÝÑ).  ñòàòüå ïðåäëîæåí ïîäõîä, îñíîâàííûé íà àíàëèçå àìïëèòóäíî-÷àñòîòíîãî ñïåêòðà íåéðî- ñåòåâûìè ìåòîäàìè è ìåõàíèçì àíàëèçà ïàòòåð- íîâ. Описание проблемной области Ýêñïåðòû, àíàëèçèðóÿ âõîäíîé òîê ïîãðóæ- íîãî ýëåêòðîäâèãàòåëÿ (ÏÝÄ), âûäåëèëè ïÿòü ðåæèìîâ ðàáîòû ÓÝÖÍ: íîðìàëüíûé, âëèÿíèå ãàçà, ïåðèîäè÷åñêèé ñî ñðûâàìè ïîäà÷è, ïîä- êëèíêà, ðåæèì íåñòàáèëüíîãî ïèòàíèÿ. Ðàññìî- òðèì õàðàêòåðèñòèêè ðàáîòû ÓÝÖÍ äëÿ êàæ- äîãî èç ðåæèìîâ: — íîðìàëüíûé ðåæèì. Ýòî ïîâåäåíèå ÓÝÖÍ ïðè îòñóòñòâèè âëèÿíèÿ ñî ñòîðîíû âíåøíèõ ôàêòîðîâ. Ïðè ýòîì íàãðóçêó íà âàëó ÏÝÄ ìîæíî ñ÷èòàòü ïîñòîÿííîé íà äîñòàòî÷- íî äëèòåëüíîì ïðîìåæóòêå âðåìåíè. Íàïðÿæå- íèå ïðè íîðìàëüíîì ðåæèìå ñòàáèëüíî, íå èìååò ñêà÷êîâ, äîïóñòèìû ñóòî÷íûå êîëåáà- íèÿ. Ïîâåäåíèå ñèëû òîêà íîñèò ñòàáèëüíûé õàðàêòåð, äîïóñòèìû íåáîëüøèå èçìåíåíèÿ ïî àìïëèòóäå. — âëèÿíèå ãàçà. Íåñòàáèëüíîñòü ñâÿçàíà ñ ïðîöåññîì ñåïàðàöèè ãàçà â ñêâàæèíå, ïðîÿâëÿ- åòñÿ ïðè âûðàæåííîì âëèÿíèè ãàçà. Íàãðóçêà íà âàëó ÏÝÄ èçìåíÿåòñÿ õàîòè÷åñêè, ÷òî îòðà- æàåòñÿ íà ñèëå òîêà. Àìïëèòóäà ñèëû òîêà âû- øå, ÷åì ïðè íîðìàëüíîì ðåæèìå. Èçìåíåíèÿ ñèëû òîêà èìåþò ÿðêî âûðàæåííûé ñëó÷àéíûé õàðàêòåð. Íà ïîâåäåíèå íàïðÿæåíèÿ âëèÿíèå ãàçà íå îòðàæàåòñÿ. — ïåðèîäè÷åñêèé ðåæèì ñî ñðûâàìè ïîäà÷è. Îäíîé èç ïðè÷èí âîçíèêíîâåíèÿ äàííîãî âèäà ïîâåäåíèÿ ÓÝÖÍ ÿâëÿåòñÿ ãà- çîïðîÿâëåíèå. Íàãðóçêà íà âàëó ÏÝÄ èçìå- íÿåòñÿ ñ ÷åòêî âûðàæåííûì ïåðèîäîì, ÷òî òàêèì æå îáðàçîì îòðàæàåòñÿ íà ñèëå òîêà. Ïîâåäåíèå íàïðÿæåíèÿ ïðè ïåðèîäè÷åñêîì ðåæèìå èäåíòè÷íî ïîâåäåíèþ ïðè íîðìàëü- íîì ðåæèìå. — ïîäêëèíêà. Âìåñòå ñ æèäêîñòüþ è ãàçîì íà âõîä íàñîñà ïîïàäàþò ìåõàíè÷åñêèå ïðèìå- ñè. Ìåëêèå îñêîëêè ëåãêî ðàçëàìûâàþòñÿ ðàáî÷èì êîëåñîì íàñîñà, â òî âðåìÿ êàê êðóï- 117

Transcript of ЭКСПЕРТНАЯ СИСТЕМА ДИАГНОСТИКИ …kraftpump.ru/dokumenty/117-120.pdf ·...

Page 1: ЭКСПЕРТНАЯ СИСТЕМА ДИАГНОСТИКИ …kraftpump.ru/dokumenty/117-120.pdf · 2009,том7,№1 Экология и промбезопасность ЭКСПЕРТНАЯ

2009,�том�7,�№1

Экология и промбезопасность

ЭЭ КК СС ПП ЕЕ РР ТТ НН АА ЯЯ �� СС ИИ СС ТТ ЕЕ ММ АА �� ДД ИИ АА ГГ НН ОО СС ТТ ИИ КК ИИ

ЭЭ ЛЛ ЕЕ КК ТТ РР ОО ЦЦ ЕЕ НН ТТ РР ОО ББ ЕЕ ЖЖ НН ЫЫ ХХ �� НН АА СС ОО СС ОО ВВ

DD II AA GG NN OO SS TT II CC �� SS YY SS TT EE MM �� OO FF �� EE LL EE CC TT RR II CC AA LL �� SS UU BB MM EE RR SS II BB LL EE �� PP UU MM PP SS

ÓÄÊ 622.24

А.А. Пашали, М.Г. Волков, А.В. Жонин КНТЦ ОАО «НК «Роснефть»,ООО «РН�УфаНИПИнефть»

A. A. Pashali, A.V. Zhonin, M. G. VolkovRosneft Oil Company, LLC «RN�UfaNIPIneft»

Äèàãíîñòèêà ïîâåäåíèÿ ÓÝÖÍ, âûÿâëåíèå íåñòàáèëüíûõ ðåæèìîâ åãî

ðàáîòû, ÿâëÿåòñÿ âàæíûì çâåíîì àíàëèçà ïðîöåññîâ äîáû÷è íåôòè è

òðåáóåò ïðèâëå÷åíèÿ ýêñïåðòíûõ ñèñòåì (ÝÑ).  ñòàòüå ïðåäëîæåí ïîä-

õîä, îñíîâàííûé íà àíàëèçå àìïëèòóäíî-÷àñòîòíîãî ñïåêòðà íåéðîñåòå-

âûìè ìåòîäàìè è ìåõàíèçì àíàëèçà ïàòòåðíîâ.

The article is about solving problem of diagnostics non-steady state of elec-

trical submersible pumps. Type recognition of state is found on amplitude-

frequency spectrum analysis with neural networks. Asynchronous motor

model and pattern analysis is used for the accuracy increase. Quality of the

system is sufficient for practical using.

Êëþ÷åâûå ñëîâà: àìïëèòóäíî-÷àñòîòíûå

ñïåêòðû, ÓÝÖÍ, ýêñïåðòíûå ñèñòåìû, íåéðîñå-

òåâûå ìåòîäû, èíòåëëåêòóàëüíûå ñèñòåìû, ïî-

ãðóæíîé ýëåêòðîäâèãàòåëü

Key words: diagnostics, electrical submersible

pump, amplitude-frequency spectrum, neural net-

work, pattern analysis.

Ïðè èñïîëüçîâàíèè óñòàíîâîê ýëåêòðî-

öåíòðîáåæíûõ íàñîñîâ (ÓÝÖÍ) â íåôòåäîáû-

÷å, íàáëþäàþòñÿ íåñòàáèëüíûå ðåæèìû

ðàáîòû. Âñëåäñòâèå èõ íåñâîåâðåìåííîãî îá-

íàðóæåíèÿ ïðîèñõîäÿò ñáîè â äîáû÷å íåôòè.

Ñèòóàöèÿ îñëîæíÿåòñÿ íàëè÷èåì îãðîìíîãî

êîëè÷åñòâà ïîñòîÿííî ïîñòóïàþùåé èíôîð-

ìàöèè, êîòîðóþ ôèçè÷åñêè íåâîçìîæíî

îáðàáîòàòü ÷åëîâåêó ñàìîñòîÿòåëüíî, áåç

èñïîëüçîâàíèÿ èíòåëëåêòóàëüíûõ ñèñòåì.

Äèàãíîñòèêà ïîâåäåíèÿ ÓÝÖÍ, âûÿâëåíèå

íåñòàáèëüíûõ ðåæèìîâ åãî ðàáîòû, ÿâëÿåòñÿ

âàæíûì çâåíîì àíàëèçà ïðîöåññîâ äîáû÷è

íåôòè è òðåáóåò ïðèâëå÷åíèÿ ýêñïåðòíûõ ñè-

ñòåì (ÝÑ).

 ñòàòüå ïðåäëîæåí ïîäõîä, îñíîâàííûé íà

àíàëèçå àìïëèòóäíî-÷àñòîòíîãî ñïåêòðà íåéðî-

ñåòåâûìè ìåòîäàìè è ìåõàíèçì àíàëèçà ïàòòåð-

íîâ.

Описание проблемной областиÝêñïåðòû, àíàëèçèðóÿ âõîäíîé òîê ïîãðóæ-

íîãî ýëåêòðîäâèãàòåëÿ (ÏÝÄ), âûäåëèëè ïÿòü

ðåæèìîâ ðàáîòû ÓÝÖÍ: íîðìàëüíûé, âëèÿíèå

ãàçà, ïåðèîäè÷åñêèé ñî ñðûâàìè ïîäà÷è, ïîä-

êëèíêà, ðåæèì íåñòàáèëüíîãî ïèòàíèÿ. Ðàññìî-

òðèì õàðàêòåðèñòèêè ðàáîòû ÓÝÖÍ äëÿ êàæ-

äîãî èç ðåæèìîâ:

— íîðìàëüíûé ðåæèì. Ýòî ïîâåäåíèå

ÓÝÖÍ ïðè îòñóòñòâèè âëèÿíèÿ ñî ñòîðîíû

âíåøíèõ ôàêòîðîâ. Ïðè ýòîì íàãðóçêó íà âàëó

ÏÝÄ ìîæíî ñ÷èòàòü ïîñòîÿííîé íà äîñòàòî÷-

íî äëèòåëüíîì ïðîìåæóòêå âðåìåíè. Íàïðÿæå-

íèå ïðè íîðìàëüíîì ðåæèìå ñòàáèëüíî, íå

èìååò ñêà÷êîâ, äîïóñòèìû ñóòî÷íûå êîëåáà-

íèÿ. Ïîâåäåíèå ñèëû òîêà íîñèò ñòàáèëüíûé

õàðàêòåð, äîïóñòèìû íåáîëüøèå èçìåíåíèÿ ïî

àìïëèòóäå.

— âëèÿíèå ãàçà. Íåñòàáèëüíîñòü ñâÿçàíà ñ

ïðîöåññîì ñåïàðàöèè ãàçà â ñêâàæèíå, ïðîÿâëÿ-

åòñÿ ïðè âûðàæåííîì âëèÿíèè ãàçà. Íàãðóçêà

íà âàëó ÏÝÄ èçìåíÿåòñÿ õàîòè÷åñêè, ÷òî îòðà-

æàåòñÿ íà ñèëå òîêà. Àìïëèòóäà ñèëû òîêà âû-

øå, ÷åì ïðè íîðìàëüíîì ðåæèìå. Èçìåíåíèÿ

ñèëû òîêà èìåþò ÿðêî âûðàæåííûé ñëó÷àéíûé

õàðàêòåð. Íà ïîâåäåíèå íàïðÿæåíèÿ âëèÿíèå

ãàçà íå îòðàæàåòñÿ.

— ïåðèîäè÷åñêèé ðåæèì ñî ñðûâàìè

ïîäà÷è. Îäíîé èç ïðè÷èí âîçíèêíîâåíèÿ

äàííîãî âèäà ïîâåäåíèÿ ÓÝÖÍ ÿâëÿåòñÿ ãà-

çîïðîÿâëåíèå. Íàãðóçêà íà âàëó ÏÝÄ èçìå-

íÿåòñÿ ñ ÷åòêî âûðàæåííûì ïåðèîäîì, ÷òî

òàêèì æå îáðàçîì îòðàæàåòñÿ íà ñèëå òîêà.

Ïîâåäåíèå íàïðÿæåíèÿ ïðè ïåðèîäè÷åñêîì

ðåæèìå èäåíòè÷íî ïîâåäåíèþ ïðè íîðìàëü-

íîì ðåæèìå.

— ïîäêëèíêà. Âìåñòå ñ æèäêîñòüþ è ãàçîì

íà âõîä íàñîñà ïîïàäàþò ìåõàíè÷åñêèå ïðèìå-

ñè. Ìåëêèå îñêîëêè ëåãêî ðàçëàìûâàþòñÿ

ðàáî÷èì êîëåñîì íàñîñà, â òî âðåìÿ êàê êðóï-

117

Page 2: ЭКСПЕРТНАЯ СИСТЕМА ДИАГНОСТИКИ …kraftpump.ru/dokumenty/117-120.pdf · 2009,том7,№1 Экология и промбезопасность ЭКСПЕРТНАЯ

íûé îáëîìîê ñïîñîáåí çàêëèíèòü âàë. Çàêëè-

íèâàíèå âàëà — óëüòðàêðàòêîâðåìåííûé ïðî-

öåññ, ïîðÿäêà ñåêóíäû. Íàãðóçêà íà âàëó ÏÝÄ

èìååò ñêà÷êîîáðàçíûé õàðàêòåð. Íà ñèëå òîêà

ýòî îòðàæàåòñÿ â âèäå åäèíîâðåìåííûõ èëè

ðàçíåñåííûõ âî âðåìåíè ñêà÷êîâ. Íàïðÿæåíèå

ñòàáèëüíî.

— íåñòàáèëüíîå ïèòàíèå. Ïîñòîÿííûå ïå-

ðåïàäû íàïðÿæåíèÿ ñêàçûâàþòñÿ íà ðàáîòå

ÓÝÖÍ.  äàííîì ñëó÷àå, äàæå ïðè ïîñòîÿí-

íîé íàãðóçêå íà âàëó ÏÝÄ, ñèëà òîêà èìååò

õàîòè÷åñêèé õàðàêòåð èçìåíåíèÿ. Íî èçìåíå-

íèå ñèëû òîêà ïðîèñõîäèò ñèíõðîííî ñ èçìå-

íåíèåì íàïðÿæåíèÿ. Ïðè ýòîì ÷åòêî ïðîñëå-

æèâàåòñÿ âëèÿíèå ïèòàþùåãî íàïðÿæåíèÿ íà

òîê.

Задача классификации сигналовÄëÿ ðåøåíèÿ çàäà÷è äèàãíîñòèêè íåñòàáèëü-

íîñòåé ÓÝÖÍ íåîáõîäèìà ÝÑ, êîòîðàÿ àâòîìà-

òè÷åñêè âûäåëèò èç ïîëó÷åííîãî ñèãíàëà ó÷àñ-

òîê íåñòàáèëüíîé ðàáîòû, à çàòåì èäåíòèôèöè-

ðóåò åãî. Íà ýòàïå ôóíêöèîíèðîâàíèÿ íà âõîä

ÝÑ ïîäàåòñÿ ñèãíàë (1).

, (1)

ãäå u(t), i(t) — ôóíêöèè íàïðÿæåíèÿ è ñèëû

òîêà, Ω — ìíîæåñòâî äèñêðåòíûõ îòñ÷åòîâ íà

âðåìåííîì èíòåðâàëå äåéñòâèÿ ñèãíàëà. Îáðà-

áîòàâ ñèãíàë, ÝÑ âîçâðàùàåò îòâåò (2).

y(n)=k*∈Y, (2)

÷òî ñîîòâåòñòâóåò îïðåäåëåííîìó êîäó ñî-

ñòîÿíèÿ èç ìíîæåñòâà ñîñòîÿíèé Y. Íà ýòàïå

îáó÷åíèÿ, êðîìå âõîäíîãî ñèãíàëà (1) è îòâåòà

ÝÑ (2), ìû èìååì èíôîðìàöèþ îá èñòîðèè ðà-

áîòû ÓÝÖÍ è çàêëþ÷åíèÿ ýêñïåðòîâ â âèäå (3).

ε(n)=k∈Y. (3)

Òàêèì îáðàçîì, ìîæíî ïîñòðîèòü çàäà÷ó

ìèíèìèçàöèè ôóíêöèîíàëà îøèáêè ðàñïîçíà-

âàíèÿ.

Построение экспертной системы íàøåì ðàñïîðÿæåíèè äâà ñèãíàëà — ýòî

äèñêðåòíûå îòñ÷åòû ïèòàþùåãî íàïðÿæåíèÿ è

ñèëû òîêà. Àíàëèçèðóÿ ïðè÷èíû ðàññìîòðåí-

íûõ âèäîâ ïîâåäåíèÿ ÓÝÖÍ âèäíî, ÷òî ìû

èìååì äåëî ñ äâóìÿ ãðóïïàìè íåñòàáèëüíîñòåé

(âëèÿíèå ñêâàæèíû è âëèÿíèå ïèòàíèÿ) è íîð-

ìàëüíûì ðåæèìîì ðàáîòû (ðèñóíîê 1). Ãðóïïó

íåñòàáèëüíîñòåé, ñâÿçàííûõ ñ ïèòàíèåì, ìîæíî

äèàãíîñòèðîâàòü, èñïîëüçóÿ ëèøü ñèãíàë íà-

ïðÿæåíèÿ. Íåñòàáèëüíîñòè äðóãîé ãðóïïû îáó-

ñëàâëèâàþòñÿ àíîìàëèÿìè â ñèëå òîêà, ïðè

ýòîì íåîáõîäèìî ó÷èòûâàòü, ÷òî ÷àñòü ýòèõ

àíîìàëèé ìîæåò áûòü ðåçóëüòàòîì íåñòàáèëü-

íîãî ïèòàíèÿ.

Òàêèì îáðàçîì, íà ïåðâîì ýòàïå äèàãíîñòè-

ðîâàíèÿ ñëåäóåò âûäåëèòü èç ñèãíàëà ñèëû òîêà

íåêîòîðóþ ñîñòàâëÿþùóþ, îáóñëîâëåííóþ ëè-

áî òîëüêî âëèÿíèåì ñêâàæèíû, ëèáî âëèÿíèåì

ñêâàæèíû â áîëüøåé ìåðå. Ïîñëå òîãî êàê ìû

âûäåëèì òàêóþ ñîñòàâëÿþùóþ, èìååì äåëî óæå

ñ ïðåîáðàçîâàííûìè ñèãíàëàìè: íàïðÿæåíèå

îáóñëàâëèâàåò àíîìàëèè ïèòàíèÿ, òîêîâàÿ õà-

ðàêòåðèñòèêà — âëèÿíèå ñêâàæèíû (ðèñóíîê 1).

Äàííóþ çàäà÷ó ðàçáèâàåì íà äâå îòäåëüíûå ÷à-

ñòè ïî ïðèçíàêó äèàãíîñòèðîâàíèÿ ãðóïïû íå-

ñòàáèëüíîñòåé.

Âòîðûì ýòàïîì ÿâëÿåòñÿ ñåãìåíòàöèÿ — âû-

äåëåíèå èç âñåãî ñèãíàëà íåêîòîðûõ ñåãìåíòîâ,

ïîäîçðèòåëüíûõ íà íåñòàáèëüíûé ðåæèì, òî

åñòü îòáðàñûâàåì ó÷àñòêè ñèãíàëà, îòðàæàþ-

ùèå íîðìàëüíûé ðåæèì, ÷òî ïîçâîëèò ëîêàëè-

çîâàòü íåñòàáèëüíîñòü.

Íà òðåòüåì ýòàïå ðàñïîçíàåì «ïîäîçðèòåëü-

íûé» ñåãìåíò ñèãíàëà íà ñîîòâåòñòâèå îïðåäå-

ëåííîìó âèäó (âíóòðè ãðóïïû) íåñòàáèëüíîñòè.

Ýòî çàêëþ÷èòåëüíûé ýòàï èäåíòèôèêàöèè.

Рисунок 1. Две группы нестабильностей УЭЦН.

Íà îñíîâàíèè ôîðìàëüíîãî îïèñàíèÿ ÝÑ

ïðåäñòàâèì åå ñòðóêòóðíóþ ìîäåëü (ðèñóíîê 2).

118

2009,�том�7,�№1

Экология и промбезопасность

Page 3: ЭКСПЕРТНАЯ СИСТЕМА ДИАГНОСТИКИ …kraftpump.ru/dokumenty/117-120.pdf · 2009,том7,№1 Экология и промбезопасность ЭКСПЕРТНАЯ

Äàííàÿ ÝÑ ñîñòîèò èç òðåõ îñíîâíûõ áëîêîâ:

ìîäåëü ÏÝÄ, áëîê ñåãìåíòàöèè, áëîê ðàñïîçíà-

âàíèÿ.

Рисунок 2. Структура экспертной системы.

Модель ПЭД. Выделить из силы тока со-

ставляющую, обуñëîâëåííóþ âëèÿíèåì ñêâà-

æèíû, ìîæíî, âû÷èñëèâ ñîñòàâëÿþùóþ,

îáóñëîâëåííóþ âëèÿíèåì íàïðÿæåíèÿ. Ïîëó-

÷åíèå ñèëû òîêà ïðè íîðìàëüíîé íàãðóçêå íà

âàëó äâèãàòåëÿ — çàäà÷à íåñðàâíåííî áîëåå

ïðîñòàÿ, ÷åì, åñëè áû ìû ìîäåëèðîâàëè êàæ-

äûé âèä íàãðóçêè ñàìîñòîÿòåëüíî. Â íàøåì

ðàñïîðÿæåíèè èìåþòñÿ âñå íåîáõîäèìûå äàí-

íûå: ãåîìåòðè÷åñêèå è ôóíêöèîíàëüíûå ïàðà-

ìåòðû äâèãàòåëÿ, ïèòàþùåå íàïðÿæåíèå,

îöåíêà íîðìàëüíîé ïîñòîÿííîé íàãðóçêè íà

âàëó. Òàêèì îáðàçîì, íóæíà ìîäåëü òðåõôàç-

íîãî àñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ â ñëåäóþùåì

âèäå:

, (4)

ãäå i(t) — ïðîãíîçèðóåìûé òîê, Fmodel — ìî-

äåëü àñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ, çàâèñÿùàÿ îò u(t)

—- ïèòàþùåãî íàïðÿæåíèÿ, G

_

— ãåîìåòðè÷åñ-

êèõ ïàðàìåòðîâ äâèãàòåëÿ, Mc — íîðìàëüíîé

íàãðóçêè âàëà.

Блок сегментации. Èñïîëüçóåì îêîííîå ïðå-

îáðàçîâàíèå Ôóðüå, ò.å. äëÿ êàæäîãî îêíà

ñòðîèì äèñêðåòíûé àìïëèòóäíî-÷àñòîòíûé

ñïåêòð. Ñ ïîìîùüþ ãèáðèäíîé íåéðîííîé ñåòè

àíàëèçèðóåì ñïåêòð è îòäåëÿåì «õîðîøèå»

ïðèìåðû îò «ïîäîçðèòåëüíûõ». Ïîñëå ýòîãî

âûäåëÿåì öåëûå ñåãìåíòû «ïîäîçðèòåëüíûõ»

ðåæèìîâ.

Блок распознавания. Çàòåì ñåãìåíòû, íåñó-

ùèå â ñåáå ñèãíàë, ïîäîçðèòåëüíûé íà íåñòà-

áèëüíîñòü, ðàñïîçíàþòñÿ êîíòèíóàëüíîé

íåéðîííîé ñåòüþ ïî àìïëèòóäíî-÷àñòîòíîìó

ñïåêòðó.

Результаты тестирования демоверсии ЭСÄëÿ ïðîâåðêè ðàçðàáîòàííûõ ìåòîäèê áûë

ïîñòðîåí äåìîíñòðàöèîííûé ïðîãðàììíûé ìî-

äóëü ÝÑ. Òåñòèðîâàíèå ìîäóëÿ ÝÑ ñîñòîèò èç

òðåõ ýòàïîâ: ñîñòàâëåíèå îáó÷àþùåãî ìíîæåñò-

âà, îáó÷åíèå ñèñòåìû, òåñòèðîâàíèå íà äàííûõ,

íå ó÷àñòâîâàâøèõ â îáó÷åíèè.

Обучающее множество. Îñíîâíûå êðèòå-

ðèè, êîòîðûì îíî äîëæíî óäîâëåòâîðÿòü —

ýòî ïîëíîòà, êîððåêòíîñòü è ñáàëàíñèðîâàí-

íîñòü.  ïîëíîì îáó÷àþùåì ìíîæåñòâå

äîëæíû áûòü ïðåäñòàâëåíû âñå âîçìîæíûå

ñèòóàöèè (â íàøåì ñëó÷àå ýòî îòðåçêè ñèãíà-

ëîâ), ñ êîòîðûìè ìîæåò ñòîëêíóòüñÿ ñèñòåìà

ðàñïîçíàâàíèÿ.  êîððåêòíîì îáó÷àþùåì

ìíîæåñòâå âñå ïðèìåðû äîëæíû áûòü îáðà-

áîòàíû ýêñïåðòîì ñ ìàêñèìàëüíîé äîñòîâåð-

íîñòüþ. Ýòî íåîáõîäèìî äëÿ òîãî, ÷òîáû íå

âîçíèêàëî êîíôëèêòîâ îáó÷àþùåãî ìíîæå-

ñòâà. È ïîñëåäíåå, äëÿ ñáàëàíñèðîâàííîãî

ìíîæåñòâà êîëè÷åñòâåííîå ñîîòíîøåíèå

ïðèìåðîâ ñ ðàçëè÷íûìè ñèòóàöèÿìè äîëæíî

áûòü ïðèìåðíî îäèíàêîâûì. Íåäîïóñòèìî

çíà÷èòåëüíîå ïðåîáëàäàíèå ïðèìåðîâ îäíî-

ãî òèïà íàä îñòàëüíûìè. Â ïðîòèâíîì ñëó-

÷àå, ñèñòåìà áóäåò ðàñïîçíàâàòü òîëüêî òå

ïðèìåðû, êîòîðûå áûëè â áîëüøåé ñòåïåíè

ïðåäñòàâëåíû â îáó÷àþùåì ìíîæåñòâå, à îñ-

òàëüíûå ïðîñòî «íå çàìåòèò».  îáó÷àþùåå

ìíîæåñòâî âîøëî 544 ïðèìåðà.

Обучение системы. Ïðèâåäåì îøèáêó

îáîáùåíèÿ ñèñòåìû íà îáó÷àþùåì ìíîæåñò-

âå. Äëÿ âûáðàííîãî âàðèàíòà îíà ñîñòàâèëà

2.8%.  ïåðâóþ î÷åðåäü, ïî äàííîìó ïîêàçà-

òåëþ ìîæíî ãîâîðèòü î òîì, ÷òî êîíôëèêòîâ

â îáó÷àþùåì ìíîæåñòâå î÷åíü ìàëî. Ýòî îñî-

áåííî âàæíî ïðè àíàëèçå îáó÷àþùåãî ìíîæå-

ñòâà.

Тестирование. Ïðèâåäåì äàííûå ïî êîð-

ðåêòíîñòè ðàñïîçíàâàíèÿ äëÿ âñåõ òåñòîâûõ

äàííûõ. Äëÿ òåñòèðîâàíèÿ èñïîëüçîâàëîñü 10

ðàçëè÷íûõ íàáîðîâ òîêîâûõ äàííûõ,

ïðîäîëæèòåëüíîñòüþ 3,5 ñóòîê, ÷òî â ïåðåâî-

äå íà êîëè÷åñòâî ïðèìåðîâ — îêîëî 10000,

ýòî â 18 ðàç ïðåâûøàåò îáó÷àþùåå ìíîæåñò-

âî ïî îáúåìó. Ðàçäåëèì îøèáêè ðàñïîçíàâà-

íèÿ íà êàòåãîðèè ïî ðåæèìó ðàáîòû ÓÝÖÍ,

äëÿ êàæäîãî ðåæèìà ñâîå çíà÷åíèå îøèáêè

(ðèñóíîê 3).

119

2009,�том�7,�№1

Экология и промбезопасность

Page 4: ЭКСПЕРТНАЯ СИСТЕМА ДИАГНОСТИКИ …kraftpump.ru/dokumenty/117-120.pdf · 2009,том7,№1 Экология и промбезопасность ЭКСПЕРТНАЯ

Рисунок 3. Процент правильного распознавания каж"дого режима работы УЭЦН

Èç ïðåäñòàâëåííîãî ðàñïðåäåëåíèÿ îøèáîê

âèäíî, ÷òî âñå ðåæèìû, êðîìå ïîäêëèíêè, ðàñ-

ïîçíàþòñÿ ñ ïðèåìëåìîé òî÷íîñòüþ. Àíàëèçè-

ðóÿ ðåæèìû è ñòðóêòóðó ÝÑ, ìîæíî ñêàçàòü,

÷òî ïîäêëèíêà íå ìîæåò èäåíòèôèöèðîâàòüñÿ

ñèñòåìîé èç-çà òîãî, ÷òî ìû èñïîëüçóåì àíàëèç

ñïåêòðà â êà÷åñòâå îñíîâíîãî ìåòîäà èäåíòè-

ôèêàöèè. Âñå äèàãíîñòèðóåìûå ðåæèìû

ÿâëÿþòñÿ ïðîòÿæåííûìè âî âðåìåíè, çà èñêëþ-

÷åíèåì ïîäêëèíêè. Äëÿ ðàñïîçíàâàíèÿ

ïîäêëèíêè íåîáõîäèìî ÷àñòîòíî-âðåìåííîå

ïðåîáðàçîâàíèå, à òîëüêî ÷àñòîòíîãî, î÷åâèä-

íî íå äîñòàòî÷íî.

Распознавание подклинки как специфи�ческого вида нестабильности

Ïðèìåíåíèå ñïåêòðàëüíîãî àíàëèçà íå äàåò

æåëàåìîãî ýôôåêòà ïðè ðàñïîçíàâàíèè ïîä-

êëèíêè. Íî õàðàêòåð ïðîÿâëåíèÿ äàííîé íåñòà-

áèëüíîñòè ïîçâîëÿåò ïðèìåíèòü äðóãîé ïîäõîä

— àíàëèç ïàòòåðíîâ. Ñóòü ìåòîäà â òîì, ÷òî

êàæäîìó ó÷àñòêó ñèãíàëà ñòàâèòñÿ â ñîîòâåòñò-

âèå íàèáîëåå ïîäõîäÿùèé ïàòòåðí (ïðîñòîé

øàáëîí). È óæå ïî âèäó êîíêðåòíîãî ïàòòåðíà

ìû ìîæåì ñêàçàòü, ÷òî â äàííîì ïðèìåðå ïðè-

ñóòñòâóåò ïîäêëèíêà.

Ïî äàííîé ìåòîäèêå ïîñòðîåí ìîäóëü,

âêëþ÷àþùèé â ñåáÿ èíñòðóìåíò ïîäáîðà ïàò-

òåðíîâ è íåéðîñåòåâîé êëàññèôèêàòîð. Âåðîÿò-

íîñòü ïðàâèëüíîãî ðàñïîçíàâàíèÿ ïîäêëèíêè

çíà÷èòåëüíî ïðåâûñèëà ïðåäûäóùèé ðóáåæ â

43.18% è ñîñòàâèëà 89.02%. Áîëåå òîãî, äàííàÿ

ìåòîäèêà ïîçâîëÿåò ëîêàëèçîâàòü ïîäêëèíêó è

óêàçàòü òî÷íîå âðåìÿ ïðîÿâëåíèÿ ôàêòà íåñòà-

áèëüíîñòè.

ВыводыÏî ìåòîäèêàì, îïèñàííûì â ñòàòüå, ïîñòðî-

åí ìîäóëü äèàãíîñòèêè ðåæèìîâ ðàáîòû

ÓÝÖÍ. Ïîëó÷åíà ïðèåìëåìàÿ äëÿ ïðàêòè÷åñ-

êîãî ïðèìåíåíèÿ òî÷íîñòü ðàñïîçíàâàíèÿ.

Ïîêàçàíî, ÷òî äëÿ íåñòàáèëüíîñòåé, âûðàæàþ-

ùèõñÿ â ñëó÷àéíûõ ïî âðåìåíè ñêà÷êàõ ñèãíà-

ëà, òîëüêî àìïëèòóäíî-÷àñòîòíîãî ñïåêòðà

íåäîñòàòî÷íî è ñëåäóåò ïðèáåãàòü ê äðóãèì àë-

ãîðèòìè÷åñêèì ðåøåíèÿì òèïà àíàëèçà ïàòòåð-

íîâ èëè åãî àíàëîãàì.

120

2009,�том�7,�№1

Экология и промбезопасность

ËÈÒÅÐÀÒÓÐÀ

1. Îñîâñêèé Ñ. Íåéðîííûå ñåòè äëÿ

îáðàáîòêè èíôîðìàöèè. Ì.: Ôèíàíñû

è ñòàòèñòèêà, 2004. 344 ñ.

2. Õàéêèí Ñ. Íåéðîííûå ñåòè:

ïîëíûé êóðñ. Ì.: Èçä. äîì «Âèëüÿìñ»,

2006. 1104 ñ.

3. Ìîñêàëåíêî Â.Â. Ýëåêòðè÷åñêèé

ïðèâîä: ïîëíûé êóðñ. Ì.: Èçä.öåíòð

«Àêàäåìèÿ», 2005. 368 ñ.

4. Ñåðãèåíêî À. Á. Öèôðîâàÿ

îáðàáîòêà ñèãíàëîâ. ÑÏá.: Ïèòåð,

2003. 751ñ.

5. Ãàëóøêèí À.È. Òåîðèÿ

íåéðîííûõ ñåòåé. Ì.: ÈÏÐÆ, 2002. —

Ò.1. 416 ñ. — (Íåéðîêîìïüþòåðû è èõ

ïðèìåíåíèå).

Ïàøàëè À. À.

Çàìåñòèòåëü íà÷àëüíèêà Óïðàâëåíèÿ

íîâûõ òåõíîëîãèé Êîðïîðàòèâíîãî

íàó÷íî-òåõíè÷åñêîãî öåíòðà

ÎÀÎ «ÍÊ «Ðîñíåôòü»

Pashali A. A.

Deputy Head of New Technologies

Department of Corporate Research and

Development Center

Rosneft Oil Company

Òåë.: +7 (495) 777-44-77 äîá. 6663

e-mail: [email protected]

Âîëêîâ Ì. Ã.

Ìåíåäæåð ïðîåêòîâ

ÎÎÎ «ÐÍ-ÓôàÍÈÏÈíåôòü»

Volkov M. G.

Project manager

LLC «RN-UfaNIPIneft»

Òåë.: +7 (347) 293-60-10 äîá. 598

e-mail: [email protected]

Æîíèí À. Â.

Ìëàäøèé íàó÷íûé ñîòðóäíèê Îòäåëà

ñêâàæèííûõ òåõíîëîãèé

ÎÎÎ «ÐÍ-ÓôàÍÈÏÈíåôòü»

Zhonin Alexander Vladimirovich

Researcher of Well Technologies

Department

LLC «RN-UfaNIPIneft»

Òåë.: +7 (347) 293-60-10 äîá. 579

e-mail: [email protected]