[發(fā)明專利]基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的天然氣流量計檢定裝置及檢定方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111295327.2
• 申請日: 2021-11-03
• 公開（公告）號: CN113916329A
• 公開（公告）日: 2022-01-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉喆
• 申請（專利權(quán)）人: 國家石油天然氣管網(wǎng)集團(tuán)有限公司
• 主分類號: G01F25/00
• 分類號: G01F25/00;G06N3/08
• 代理公司: 蘇州科權(quán)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32561
• 代理人: 盧平;施王蓉

1.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的天然氣流量計檢定裝置，包括站控系統(tǒng)和智能檢定系統(tǒng)，其特征在于：

所述站控系統(tǒng)內(nèi)部包括有檢定通路（51）、旁路調(diào)節(jié)通路（52）和站控模塊（4），所述檢定通路（51）和旁路調(diào)節(jié)通路（52）相互串聯(lián)；

所述檢定通路（51）內(nèi)部包括有工作級標(biāo)準(zhǔn)裝置（1）、檢定臺位（2）和調(diào)節(jié)閥組（3），所述工作級標(biāo)準(zhǔn)裝置（1）內(nèi)部包括有八組并聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)表管路（11），所述工作級標(biāo)準(zhǔn)裝置（1）內(nèi)部每組標(biāo)準(zhǔn)表管路（11）內(nèi)部均設(shè)置有一臺核查超聲流量計、一臺標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計、一個溫度送變器和一個壓力送變器；

所述檢定臺位（2）在檢定通路（51）內(nèi)部設(shè)置有七組，所述檢定通路（51）內(nèi)部的七組檢定臺位（2）分別為DN80檢定臺位、DN100、DN150檢定臺位、DN200檢定臺位、DN250檢定臺位、DN300檢定臺位、DN400檢定臺位，所述DN80檢定臺位、DN100、DN150檢定臺位、DN200檢定臺位、DN250檢定臺位、DN300檢定臺位、DN400檢定臺位相互并聯(lián)；

所述調(diào)節(jié)閥組（3）在檢定通路（51）內(nèi)部設(shè)置有三組，所述檢定通路（51）內(nèi)部的調(diào)節(jié)閥組（3）分別為調(diào)節(jié)閥FV6102L、調(diào)節(jié)閥FV6202L和調(diào)節(jié)閥FV6302L，所述檢定通路（51）內(nèi)部的三組調(diào)節(jié)閥組（3）相互串聯(lián)；

所述站控模塊（4）分別與各個標(biāo)準(zhǔn)表管路（11）上的核查超聲流量計、標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計、溫度送變器和壓力送變器信號連接，所述站控模塊（4）分別與DN80檢定臺位、DN100、DN150檢定臺位、DN200檢定臺位、DN250檢定臺位、DN300檢定臺位、DN400檢定臺位、調(diào)節(jié)閥FV6102L、調(diào)節(jié)閥FV6202L、調(diào)節(jié)閥FV6302L、旁通調(diào)節(jié)閥FV6402L和旁通調(diào)節(jié)閥FV1814A均信號相連，所述站控模塊（4）通過網(wǎng)絡(luò)連接終端與智能檢定系統(tǒng)電信號連接；

所述智能檢定系統(tǒng)內(nèi)部包括有客戶端模塊（5）和智能控制器（6），所述智能控制器（6）包括工藝仿真模型和系統(tǒng)動態(tài)控制模型。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的天然氣流量計檢定裝置，其特征在于：其檢定方法為：

所述工藝仿真模型基于正向傳播的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建并訓(xùn)練獲得，所述系統(tǒng)動態(tài)控制模型基于反向傳播的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建并訓(xùn)練獲得，所述BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練過程如下：

S1：數(shù)據(jù)集建立，從站控系統(tǒng)獲取15120組數(shù)據(jù)，選取其中的70%作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)，15%作為驗證數(shù)據(jù)，剩余15%作為測試數(shù)據(jù)進(jìn)行BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練；每組數(shù)據(jù)均包括調(diào)節(jié)閥FV6102L、調(diào)節(jié)閥FV6202L、調(diào)節(jié)閥FV6302L和旁通調(diào)節(jié)閥FV6402L的閥門開度、對應(yīng)的實際檢定流量、站場設(shè)備狀態(tài)和站場工藝參數(shù)狀態(tài)；

S2：正向傳播模型訓(xùn)練，工藝仿真模型輸入層為閥門FV6102L的閥門開度、閥門FV6202L的閥門開度、閥門FV6302的閥門開度、閥門LFV6402L的閥門開度、站場設(shè)備狀態(tài)和站場工藝參數(shù)狀態(tài)，輸出層為預(yù)測的檢定流量；設(shè)置判定系數(shù)R²作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練效果的評價指標(biāo)，R²越接近1，訓(xùn)練效果越好，R²的定義如下：

其中y_i為實際檢定流量；為平均流量；f_i為模型預(yù)測的檢定流量，將訓(xùn)練集輸入工藝仿真模型進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，判定系數(shù)R²值超過0.97，擬合效果較好；從驗證集中均勻選取2000個點進(jìn)行結(jié)果驗證，比較工藝仿真模型輸出的預(yù)測的檢定流量與驗證集中實際檢定流量的差異，預(yù)測的檢定流量與實際檢定流量基本一致，從而獲得訓(xùn)練好的工藝仿真模型；

S3：反向傳播模型訓(xùn)練，系統(tǒng)動態(tài)控制模型的輸入層為實際檢定流量、站場設(shè)備狀態(tài)、站場工藝參數(shù)狀態(tài)，輸出層為閥門FV6102L的閥門開度、閥門FV6202L的閥門開度、閥門FV6302的閥門開度、閥門LFV6402L的閥門開度；將訓(xùn)練集輸入系統(tǒng)動態(tài)控制模型進(jìn)行訓(xùn)練，判定系數(shù)R²值為0.92，從驗證集中均勻選取2000個點進(jìn)行結(jié)果驗證，系統(tǒng)動態(tài)控制模型輸出的各閥門開度與驗證集中對應(yīng)的閥門開度基本一致，從而獲得訓(xùn)練好的系統(tǒng)動態(tài)控制模型。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的天然氣流量計檢定方法，其特征在于：其使用步驟為：

A1：初始化，根據(jù)待檢的天然氣流量計的口徑選擇對應(yīng)的檢定臺（2）的檢定臺位，并將待檢的天然氣流量計放置于檢定臺位上；根據(jù)待檢的天然氣流量計的口徑，選擇1-8路的標(biāo)準(zhǔn)表管路（11）進(jìn)行并聯(lián)連通，初始化檢定客戶端模塊（5），檢定客戶端模塊（5）界面內(nèi)容刷新；設(shè)置檢定點并傳遞給檢定客戶端模塊（5）；

A2：流程切換響應(yīng)，工作級標(biāo)準(zhǔn)裝置（1）檢查：檢查并獲取每條標(biāo)準(zhǔn)表管路（11）上的核查超聲流量計、標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計、溫度送變器和壓力送變器的連通狀態(tài)和運行參數(shù)，并讀取每條標(biāo)準(zhǔn)表管路（11）上的溫度、壓力、流量數(shù)據(jù)；

檢定臺位（2）檢查：檢查并獲取待檢的天然氣流量計的檢定臺位的連通狀態(tài)和運行參數(shù)；

調(diào)節(jié)閥組（3）檢查：檢查并獲取調(diào)節(jié)閥FV6102L、調(diào)節(jié)閥FV6202L和調(diào)節(jié)閥FV6302L的連通狀態(tài)和運行參數(shù)；

旁路調(diào)節(jié)通路（52）檢查：檢查并獲取旁通調(diào)節(jié)閥FV6402L和旁通調(diào)節(jié)閥FV1814A的連通狀態(tài)和運行參數(shù)；

站控模塊（4）將上述獲取的數(shù)據(jù)傳遞給檢定客戶端模塊（5）；

A3：流量調(diào)節(jié)響應(yīng)，檢定客戶端模塊（5）將A1設(shè)置的檢定點、A2獲取的連通狀態(tài)和運行參數(shù)以及溫度、壓力、流量數(shù)據(jù)輸入智能控制器（6），然后智能控制器（6）中的系統(tǒng)動態(tài)控制模型生成開閥方案，包括調(diào)節(jié)閥FV6102L、調(diào)節(jié)閥FV6202L、調(diào)節(jié)閥FV6302L和旁通調(diào)節(jié)閥FV6402L各自的閥門開度,智能控制器（6）將開閥方案輸入工藝仿真模型進(jìn)行模擬仿真驗證，若仿真輸出的檢定流量符合待檢流量要求，則該開閥方案作為控制指令下發(fā)至站控模塊（4），若仿真輸出結(jié)果不滿足要求，智能控制器（6）將進(jìn)一步開展迭代優(yōu)化運算至最優(yōu)解，若多次迭代仍無法達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，則系統(tǒng)自動切出智能檢定模式，改為智能控制+人工干預(yù)的檢定模式,站控模塊（4）依據(jù)收到的控制指令，控制各個調(diào)節(jié)閥FV6102L、調(diào)節(jié)閥FV6202L、調(diào)節(jié)閥FV6302L、旁通調(diào)節(jié)閥FV6402L和旁通調(diào)節(jié)閥FV1814A的閥門開合度，獲得正確的待檢流量流過待檢的天然氣流量計，當(dāng)待檢流量偏差穩(wěn)定在目標(biāo)流量點的±0.05范圍內(nèi)，提示人工校核，完成檢定。