АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ИДЕНТИФИКАЦИИ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНДИЦИОННОСТИ НЕФТЕПРОДУКТОВ

Автоматизированная система идентификации и онределения кондиционности нефтенродуктов
Предполагаемое изобретение относится к средствам анализа материалов с использованием ИК-излучения, в частности анализа и контроля качества нефтепродуктов и может быть использовано на нефтеперерабатывающих заводах, в испытательных лабораториях.
Известно устройство для контроля качества нефтепродуктов на основе измерения влажности нефтепродуктов, которое включает емкостный чувствительный элемент, блок измерения емкости, блок обработки информации, блок определения влажности нефти, что позволяет с достаточной достоверностью определять содержание воды в нефти (1 - Патент РФ № 2055354, GO IN 27/22). Однако, данное устройство имеет ограниченные функциональные возможности, т.к. оно определяет только диэлектрическую проницаемость нефти, по которой судят о ее влажности. Известна система идентификации объекта и регистрации его состояния (2 - Патент РФ № 2057339, G 01N 33/34), содержащая номера каналов ввода и обработки информации, каждый из которых включает: блок сбора и выдачи информации, связанный последовательно с блоком обработки информации, первый выход которого связан с первым входом блока регистрации, который снабжен линией для подключения к внешней информационно-поисковой системе, выход и вход блока регистрации связан как с входом и выходом вычислительной машины основной базы информации, так и с выходом блока выдачи информации, второй вход и второй выход блока обработки информации связаны соответственно с входом и выходом основной вычислительной машины.
Известная система предусматривает массовое и разновременное поступление предметов идентификации (заявка на регистрацию недвижимости) и в связи с этим усложнена дополнительными блоками обработки информации и множественными обратными связями между всеми блоками в каждом информационном канале.
Также известна система для компьютерной идентификации полиаренов в сложных смесях (3 - Проблемы аналитической химии. М.: Паука, 1989.- Т. IX.- с. 123-131). Система включает базу данных, снабженную информационно-поисковой системой (ИПС). В базу введены названия и эталонные квазилинейчатые спектры полициклических ароматических углеводородов. Автоматизированное рабочее место оператора выполнено на базе ЭВМ. Ввод информации осуществляется оператором через устройсОбъект: устройство
МГЖ6.О01№21/35
G 01 №33/22
G 01 №33/26
G 01 №33/30
тво управления системой. Оператор, в частности, вводит перечень длин волн всех квазилиний в спектре пробы и другие служебные параметры. Введенные параметры обрабатываются в блоке обработки информации.
Однако, достоверность обнаружения компонента в сложной смеси значительно зависит от методики снятия спектра объекта (пробы) и сложности состава углеводородной смеси. Для повышения достоверности анализа объект предварительно делят на фракции. Это усложняет анализ смесей и увеличивает время анализа.
Наиболее близким по технической суищости к предлагаемому изобретению является автоматизированная система, реализующая способ идентификации и определения кондиционности нефтепродуктов, содержащая ИК-спектрофотометр, подключенный выходом к блоку обработки и расчета информации, соединенному с блоком ввода данных и блоком вывода данных (4 - Патент РФ №2075062 С1, G01 №21/35, 1997 г.).
Известное устройство обладает некоторыми недостатками: отсутствует возможность гибкого управления режимом измерения оптических плотностей исследуемого образца, вывода промежуточной информации и изменения последовательности расчета полученных данных об исследуемом образце, что значительно увеличивает время идентификации и определения кондиционности и время проведения анализа, обусловленными отсутствием возможности осуществлять выборку и сравнение не со всем массивом хранящихся в блоке данных величин оптических плотностей и гостированных показателей качества, а только с частью (выборочно). Например, при отсутствии необходимости проведения операции идентификации продукта (потребитель уверен в марке испытуемого нефтепродукта), требуется определение кондиционности. В этом случае требуется изменить последовательность ввода данных и их обработки, возможность изменения которой в известном устройстве отсутствует.
Технический результат предполагаемого изобретения - сокращение длительности анализа (определения) за счет создания возможности гибкого варьирования использованием базы данных и задания ИКспектрофотометру скорости, коэффициента шага сканирования, крайних значений волнового числа, числа регистрируемых точек интерферограммы, а также изменения последовательности ввода данных и их обработки.
Указанный технический результат достигается тем, что известная автоматизированная система идентификации и определения кондиционности нефтепродуктов, содержащая ИК-спектрофотометр, подключенный выходом к блоку обработки и расчета информации, соединенному с блоком ввода и блоком вывода данных, согласно предполагаемому изобретению дополнительно содержит блок управления последовательностью операций, соответствующие выходы которого подключены к входу ИКспектрофотометра, блока ввода данных и блока расчета и обработки информации, при этом выходы блока ввода данных дополнительно соединены с одним из входов блока управления последовательностью операций.
блока вывода данных и блока обработки и расчета информации, один из выходов которого дополнительно подсоединен с соответствующим входом блока управления последовательностью операций.
На фигЛ представлена блок-схема автоматизированной системы идентификации и определения кондиционности нефтепродуктов.
Автоматизированная система идентификации и определения кондиционности нефтепродуктов состоит из блока 1 управления последовательностью операций, блока 2 расчета и обработки информации, ИКспектрофотометра 3, блока 4 ввода данных, блока 5 вывода данных. ИКспектрофотометр 3 содержит на входе аналого-цифровой преобразователь (АЦП).
Блок 1 управления последовательностью операций реализует следующие функции:
-задает скорость и период сканирования, крайние значения волнового числа, число регистрируемых точек интерферограммы, обеспечивает синхронизацию с работой АЦП;
-прием интерферирующего излучения, преобразование его в электрический сигнал, выбор параметров Фурье-преобразования, Фурье-преобразованием интерферограммы, регистрация интерферограммы, запись параметров спектра в файл эталона или образца по каналу от блока 3 блоку 2;
- установка режима статистической обработки исследуемых параметров по каналу от блока 1 к блоку 2;
-выбор вида плотностей распределения (справочные данные заложены в базу данных (5 - Справочник по математике для научных работников и инженеров. Определения, теоремы, формулы. М.: Наука,, 1973. G.- 543));
-вывод результатов эксперимента (аподизации, фазовой коррекции и фурье-преобразования, число сканов, число точек интерферограммы и пр.) по каналу от блока 4 к блоку 5 в виде графика, таблицы, распечатки, на дисплей и т.д.;
-команда ввода и вывода информации, хранящейся в базе данных, по каналу от блока 4 к блоку 5;
-запись, регистрация и контроль параметров базы данных по каналу от блока 1 блоку 2.
Блок 1 управления последовательностью операций реализован в виде клавиатуры ПЭВМ и разработанного программного обеспечения, позволяющего осуществлять описанные выше функции через интерфейсное устройство (например, выполненное на основе микросхемы DI КР580ВВ55), являющееся частью блока 1 управления последов тельностью ввода и расчета данных и обеспечивающее связь с ИКС 3 через АЦП.
Блок 2 расчета и обработки информации представляет собой микропроцессорный блок, функционирующий в соответствии с программой, реализующей выполнение операций по:
9
-регистрации иитерферограммы и вывода ее на блок 5 в требуемом формате;
-первичной обработке спектральной информации и получению в цифровых кодах измеренных текущих значений величины оптической плотности исследуемого образца (ВОГГ), на характеристических полосах поглощения (XI111);
-вычислению характеристик нефтепродукта на основе измеренной ВОГГнау-ойХГШ:
Т  ,- математическое ожидание текущего (измеренного) значения ВОПу-ой ХПП /-ОЙ группы -ого образца;
г/- среднеквадратическое отклонениеВОП ;
Р(ВОП i) - совместная плотность распределения всех XI111 каждой группы образцов нефтепродуктов;
P() - условная плотность распределенияу-той ХПП;
С - критерий кондиционности нефтепродукта;
- степень соответствия р-го показателя качества кондиции -го образца;
g  - коэффициент корреляции между заданным р-тым показателем качества и значениями всех ХПП для объектов исследуемой группы нефтепродуктов;
математическое ожидание значения р-того показателя качества k-ro образца в /-ой группе нефтепродуктов;
среднеквадратическое отклонение р-того показателя качества А:го образца в /-ой группе нефтепродуктов;
F k  расчетное значение р-того показателя качества k-ro образца в исследуемой группе нефтепродуктов;
-вычисление характеристик нефтепродуктов по расчетным формулам:
Р„„  тах(Р(1),1-Р(1)1(1)
где P(i) - вероятность принадлежности объекта к /-той группе ПП (идентификация), вычисляемая из равенства:
P(i)log(P(i)) + (l-P{i)) log (l-P(i))
аопТ . .„г
JI -5 оОПкхт
КХППКХПП1Т-паат
|;iog(r;.6)-|; I .... Р(...)КХПП
Н (2)
. Р(ВОП(1},...ВОП(пп)50ЯЧ«хпп)
Р(ВОП)
/ - номер группы в КГ (  ...КГ); У - номер ХПП в КХПП (...КХПП); в  4,132;
// Vy/::
/
Tj, Zy - соответственно математическое ожидание и среднеквадратическое отклонение j-той ВОГГ i-той грунпы НП, рассчитываемые но формулам:
-iSFS (3)
.
(Bonl-r,f  - г ког- ( )
где BOrfk - известные (заданные в базе данных) значения у - той ХПП для А:-того продукта групны НП; к - порядковый номер объекта в группе НП;
Р (ВОП (1),,.., ВОП (кхпп)) - совместная плотность распределения ХПП (для каждой группы);
dBOlf (1) ... dBOjf (кхпп) - дифференциалы;
Р{ВОГГ (/)) - условная плотность распределения у-той ХПП.
,. (5)
где с - критерий кондиционности ( - продукт кондиционный;  - продукт некондиционный);
КП - количество показателей качества, установленных для определенной в ходе идентификации группы НП (в объеме полного анализа); ц - порядковый номер показателя качества (ц  1...КП);
d. - степень соответствия ц-того показателя качества кондиции, вычисляемая по формуле: ф
Л/к„(//) И 8кп(ц) - соответственно математическое ожиДание и среднеквадратическое отклонение значения / -того показателя качества, рассчитываемые по формулам:
MJ//)  (A)) 1, если MJ() - tS,,,(u)  F,n(ji)  М,„ +  () (6) О, если ие выполняется условие () гд
где g(/4j} - коэффициент корреляции между заданным //-тым показателем качества и значениями всех (/  1...КХ11П) ХПП для объектов группы НП, определяемый по формуле: /  я(;,д)-м„(,).(гоя-о,) sM-r;
-сравнению вычисленных характеристик нефтепродуктов с идентичными параметрами ряда нефтепродуктов, имеющимися в базе данных, и обращению к базе данных.
В базу данных внесены следующие сведения, необходимые для проведения расчетов по формулам:
-группы нефтепродуктов, их номера i и их количество КГ;
-марки нефтепродуктов (АИ-93, А-76 и т.д.), номера -тых образцов и их количество КОГ;
-показатели качества всех марок нефтепродуктов, их номера  и количество КП для отдельной группы нефтепродуктов;
-численные значения показателей Я jt) -го образца;
-номера у характеристических полос поглощения (XI111) для каждой группы нефтепродуктов и их количество КХГШ; (Я(//Д))Х  ког-1(«) е H(jLi,K) - известные (заданные в базе данных) числовые значения //-того показателя качества для -того продукта; t - коэффициент Стьюдента (справочные данные, зависящие от КОГ, являющегося количеством степеней свободы, и принятой доверительной вероятности); (//) - расчетное значение ц-того показателя качества, определяемое по формуле: 1  ВОП()-Т «.W   Z (Л/.(/) + (/,У)-У«.(/)),(9)  (|Tj г; ог) Kor-i)
-файл ИК-спектров образцов;
-дополнительная информация (значения различных коэффициентов (b,t и т.д.) коммерческие данные, физико-химические показатели и т.д.)).
ИК-спектрофотометр 3 состоит из интерферометра, источника и приемника ИК-излучения, например, ИК-Фурье-спектрометр АФ-1 с диапазоном измерения 4000...400 см . Поступающее из приемника в АЦП аналоговое напряжение преобразуется в цифровой двоичный код и передается в блок 2 расчета и обработки информации.
Блок 4 ввода данных предназначен для систематизированного хранения, поиска, выбора и выдачи сведений, содержащихся в базе данных, и осуществления информационного обмена, обеспечивающего функционирование заявляемой автоматизированной системы. Блок 4 ввода данных реализован на жестком диске (например, компьютера IBM PC AT с емкостью памяти не менее 80 МБайт), на котором хранится база данных. Блок 5 предназначен для вывода данных, поступающих из блока 2 расчета и обработки информации. Выполнен в виде, например, монитора ПЭВМ или принтера.
Система работает следующим образом.
Пробу тестируемого объекта нефтепродукта помещают в РЖС
Регистрация интерферограммы происходит в диалоговом режиме в соответствии с программой ввода основных характеристик измерения. Посредством блока 1 управления задают диапазоны измерения спектрограммы для ИК-спектрофотометра 3. Например:
скорость сканирования- 10 кГц;;
начальное значение волнового числа- 0.00 см  ;
конечное значение волнового числа- 4000.00
коэффициент шага сканирования- 4092;
число регистрируемых точек интерферограммы - 270.
Снимают текущие значения величины оптической плотности ВОП) на всех XI111 от начального до конечного значения волнового числа. Информация поступает в блок 2 расчета и обработки информации по команде с блока 1 управления, задающему процедуру обработки данных. Для объекта на первом этапе осуществляют идентификацию нефтепродукта. В соответствии с целевой командой блока 1 управления через блок 4 ввода данных в блоке 2 расчета и обработки информации выбираются данные, необходимые для проведения вычислений по формулам (1-4) и определения принадлежности исследуемого объекта к группе нефтепродуктов.
Результаты идентификации (значение РНП и группа (i)) выдаются в удобном для пользователя виде через блок 1 и блок 4 в блок 5 вывода данных (на дисплей, распечатка данных табличная или графическая и т.д.). При определении кондиционности тестируемого объекта нефтепродукта (критерия С) данные через блок 4 ввода данных поступают в блок 2 расчета и обработки информации, в котором производится вычисление значений показателей качества по формулам (5-10), значениям ВОП на
i..,
всех ХПП исследуемого объекта и значениям ВОП на ХПП образцов кондиционных нефтепродуктов, хранящимся в базе данных.
При необходимости онределение кондиционности нефтепродукта возможно без идентификации (известна группа нефтепродукта - значение РНП не определяется) после измерения спектральных характеристик в ИКспектрофотометре 3, что достигается за счет введения блока 1 управления последовательностью операций. В этом случае на блок 4 ввода данных поступает разрешающий сигнал на задание группы (i) тестируемого объекта нефтепродукта. Информация из блока 4 ввода данных по команде с блока 1 управления поступает в блок 2 расчета и обработки информации, где производятся необходимые расчеты по формулам (5-10) (определяется значение критерия С). Алгоритм расчетов основан на зависимости между показателями качества нефтепродуктов и их спектроскопическими характеристиками. Таким образом, с помощью блока 1 управления последовательностью операций проводится установка режима статистической обработки исследуемых параметров образца (идентификация + определение кондиционности или только идеи- тификация).
Спектрограмма исследуемого образца нефтепродукта и результаты проведения его идентификации (принадлежность к конкретной группе (i) нефтепродуктов) и определения кондиционности (в виде значений показателей качества) через блок 5 вывода информации доводятся до пользователя в удобном виде, например, на принтере или экране монитора.
Основные отличия предполагаемого изобретения от прототипа представлены в таблице.
Таким образом, заявляемая система отличается от известной наличием блока 1 управления последовательностью операций, что обеспечивает возможность представления в цифровых кодах объективной и полной информации о спектрограмме исследуемого образца нефтепродукта. Регистрация спектрограммы не зависит от квалификации оператора, а точность снятия показаний спектрофотометра обеспечивается как предварительной его настройкой, так и возможностью влияния на точность измерений, например, путем изменения числа сканов. Преобразование спектрограммы для целей статистического анализа на ЭВМ позволяет представить информацию о спектре оператору в требуемом виде. В дальнейшем загрузка этой информации может быть выполнена, как и в известной системе, вручную, однако, в отличие от известной системы точность представления спектрограммы как при снятии показаний прибора, так и при вводе данных с клавиатуры одинакова.
Идентификация нефтепродуктов и определение их кондиционности проводится с достоверностью 0,95 , при этом ошибка не составляет более 5%. Спектрограммы, полученные на инфракрасном спектрофотометре, как показали исследования, содержат надежную информацию о качестве горючего и об изменении качества в виде смещения полос поглощения,
Результаты сопоставительного анализа заявляемой системы и известной
Таблица
явления новых, изменения величины  оптической плотности на ряде полос. Предложенная система позволяет идентифицировать объект с достоверностью 0,95 в течение 5 минут по сложным объектам. Определение кондиционности осуществляется с достоверностью 0,95 в течение 5 минут (вместе с идентификацией - до 10 минут).
Источники информации:
1.Патент РФ № 2055354, G01N 27/22.
2.Патент РФ № 2057339, G 01N 33/34.
3.Проблемы аналитической химии. М.: Паука, 1989.-Т. IX.-c.1234.Патент РФ №2075062 С1, G01 №21/35, 1997 г. (прототип).
5.Справочник по математике для научных работников и инженеров. Определения, теоремы, формулы. М.: Паука,, 1973. С.- 543.
Зав. патентно-лицензионного бюро
Авторы:
РхОманникова П.К.
Чечкенев П.В. Алаторцев Е.И. Калинин Л.Л. Марталов С.А. Гайдуков П.В.
азарев Е.С.
алашов А.А. Вагин В.А. Чечкенев О.В.