Copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, matematica.se sid 1 Date: 111130 Matematica/Abstracts Elimination of unneccesary.

En presentation över ämnet: "Copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, matematica.se sid 1 Date: 111130 Matematica/Abstracts Elimination of unneccesary."— Presentationens avskrift:

1 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 1 Date: 111130 Matematica/Abstracts Elimination of unneccesary calculation errors in industrial/technical applications. How? By the use of the best scientific knowledge!

2 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 2 Date: 111130 Matematica/customers AGA; Measurement of gasflows (O2, N2, GNG…). Söderenergi; Calculation of energy production in powerplants. Siemens; Design of flow meters and calculations.

3 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 3 Date: 111130 Matematica/History Founded >25 years ago by Stefan Rudbäck, civ ing (m Sc). First customers;Johnson mek verkstads AB, production of standard flowmeters (ex orifice plates), and AGA (gas production).

4 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 4 Date: 111130 AGA Naturgas dagordning 1. Hårdvara 2. Mjukvara 3. Varför Matematica.Lib/naturgas? 4. Klargörande av grundtanken. 5. Nackdelar. 6. Genomgång av handhavandet av systemet. 7. Systemets totalosäkerhet. 8. Framtida utveckling med Matematica/dpns-technology.

5 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 5 dp 4 st temp, Temp_meas Gaskromatograf, GC mäter moldelar av 5 st komponenter CH4,C2H6,C3H8,CO2,N2 strypskiva 1.1 Hårdvara/givare Matematica.Lib Hårdvarudel för naturgas mass- och energiflödesmätning på AGA’s anläggning i Nynäshamn P calculationTemp_cal

6 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 6 1.2 Hårdvara/CPU Matematica ABB dpns Energy/Flow computer

7 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 7 Matematica/Siemens dpns GNG Energy/Flow computer. 1.2 Hårdvara/CPU

8 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 8 Matematica/Siemens dpns GNG Energy/Flow computer. 1.2 Hårdvara/CPU

9 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 9 Temp_meas= (mv av 4 st temp, T) abstryck= (Pöver+Patm) dprot= (rotberäknat dp från dp-cell) Moldelar från GC massflöde summerat massflöde energiflöde Summerat energiflöde 2.Mjukvara Matematica.Lib mjukvarudel för naturgas mass- och energiflödesmätning på AGA’s anläggning i Nynäshamn

10 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 10 Date: 111130 3. Varför Matematica.Lib? -Kompromisslös kod baserad på dom senaste normerna. -Inga kvalitetsförsämrande ”genvägar” vid översättningen av normerna till kod. -Mät och beräkningssystemet kan förbättras vid behov med Matematica.Lib double precision non stop technology.

11 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 11 Date: 111130 4.Grundtanke/1 4.1. Öppen design ökar begripligheten=varje parameter beräknas för sig. 4.2. Öppen design förenklar eventuell felsökning.

12 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 12 Date: 111130 4. Grundtanke/2 4.3. Kompromisslös kod för -Statisk noggrannhet -Dynamisk noggrannhet (även vid snabba signalförändringar räknar koden exakt)

13 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 13 Date: 111130 4. Grundtanke/3 4.4.Stryktåligt och oberoende av yttre inställningar. 4.5.Vid orimliga givarsignaler ”fryses” summeringarna.

14 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 14 Date: 111130 5.Nackdelar CPU-tid ca >=0,3 s!? (PCS7) Inget vidare men detta är ett pris väl värt att betala!? Rekommendation; separat CPU för denna kod

15 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 15 6. Handhavande/1 Naturgas_7 insignaler

16 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 16 6. Handhavande/2 Naturgas_7 utsignaler

17 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 17 6. Handhavande/3 Temperatur Naturgas_7 temp_ber block Insignaler -Uppmätt temp i C -Flöde i kg/s Utsignal -Beräknad temp i C vid flödesmätarens uppströms tryckuttag (isolerad rörledning) dp 4 st temp, Temp_meas strypskiva P calculationTemp_cal

18 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 18 Naturgas_7 rot_till_linj block Insignaler 1=linjarisering, 0=utsignal=insignal -inställd skalning av dp-cell i Pa=20mA=span -Rotberäknad uppmätt signal från strypflänsens dp-cell i Pa Utsignal -Linjäriserat differenstryck från dp-cell i Pa Kommentar Varför? Se nästa bild 6. Handhavande/4 linjärisering av dp-signal

19 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 19 1.Linjär dp-cell A/D-omvandling osäkerhet +-0.1% av span (16 mA) rotfunktion styrsystem 10% flöde = 1 % dp =4.16 mA 10% osäkerhet från A/D-omv 5% osäkerhet 2.Rotutdragande dp-cell A/D-omvandling osäkerhet +-0.1% av span styrsystem 10% flöde = 5.6 mA 1% osäkerhet från A/D-omv Figur 3 som visar hur A/D-omvandlingsfelet minskar med rotutdragande dp-cell. OBS! VID DIGITAL SIGNAÖVERFÖRING (HART T EX)=INGA AD-FEL!

20 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 20 6. Handhavande/5 (statiskt) tryck PaA Naturgas_7 abstryck block Insignal -Uppmätt tryck i PaA Utsignal -Uppmätt tryck i PaA Kommentar 1 Varför detta block? För att systemet skall vara oberoende av yttre faktorer används detta block för att distribuera trycket vid uppströms tryckuttag till övriga block Kommentar 2 abstryck/insignal är ett beräknat tryck= Övertryck plus uppmätt atmosfärstryck i PaA. OBS! Görs ej i detta system.

21 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 21 6. Handhavande/6 Naturgas/density naturgas/density block Insignaler -statiskt tryck i PaA -statisk temp i C -Uppmätta mol% av 5 fraktioner i naturgas Utsignaler -densitet i kg/m3 -kompressibilitetsfaktor Z -antal iterationer Kommentar 1 Om insignalerna är exakta beräknas densiteten med 0,1% osäkerhet. För detta behövs ca 1400 rader kod. Kommentar 2 Endast förhållandet mellan insignalerna har betydelse. Mäts med gaskromatograf. Summan kan skilja sig från 100% eller 1 moldelar. Kommentar 3 Iterations Endast trycket kan beräknas explicit enligt normen. För att beräkna densiteten behövs iteringar. Om itereringarna blir> 10 blir utsignalerna 0 och summeringarna ”fryses”.

22 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 22 Date: 111130 6.Beräkningar. Om alla insignaler, instrumentering och mekaniken är enligt spec beräknas sedan flödet med en system totalosäkerhet på mv <+-0,8% av aktuellt flöde.

23 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 23 6. Handhavande/7 Flöde Naturgas flöde ISO5167 block Insignaler -linjariserat dp i Pa -d=håldiameter i m -dp<dp_dropout flöde =>(normalflowmass)=0 =summeringarna fryses Utsignaler normalflowmass =flöde i kg/s reynerror=1 =normgränsen underskrides iterations>6=>flode=0 Omvandling från kg/s till kg/h

24 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 24 6. Handhavande/8 Energi Cal_value Beräkning av naturgasens energiinnehåll vid; temp innan förbränning 15C temp efter förbränning 15C +all vattenånga kondenseras efter förbränningen

25 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 25 6. Handhavande/9 summeringar Insignaler -effekt eller flöde signal -sort på effekt eller flöde -sort på summerad energi eller mängd -hold=1=>summering= energi_mängd ”fryses” reset>0 summering sätts till resetvärdet reset<0 summering startar från senaste reset>0 Kommentar För att undvika underflow räknar Totalizer-blocket med >100 siffror. Och vad är underflow? Svar; mängd som gått genom röret senaste året=1234567 kg mängd som gått genom röret senaste sekunden=1,234567 kg summan av dessa mängder i en dator blir 1234568 kg,234567 försvinner i underflow>20%. Matematica.Lib totalizer kan summera i hundra år utan underflow.

26 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 26 7. Naturgas_7 Systemets totalosäkerhet inkl allt

27 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 27 Date: 111130 7. Gaskromatograf (GC) betydelse. Är inte så viktig som man kan tro. Hur mycket försämras systemosäkerheten om GC mätosäkerhet försämras 1-> 2%? Svar: 0,8=>0,81 massflöde 0,82=>0,86 energiflöde

28 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 28

29 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 29 Date: 111130 8. Framtida utveckling 8.1 Bättre dp-cell plus digital signalöverföring dp-cell till styrsystem =>0,8-0,6

30 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 30

31 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 31 Date: 111130 8. Framtida utveckling 8.2 Dubbla dp-celler =>0,6-0,55 tveksam åtgärd

32 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 32

33 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 33 Date: 111130 8. Framtida utveckling 8.2 Dubbla primärelement=> 0,55-0,40 ca, uppskattning. (Kan ej beräknas i Processlines osäkerhetskalkyl i dagsläget)

34 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 34 Date: 111130 8. Hur långt kan man nå? Detta var några enkla systemoptimeringar för att nå ca 0,4% systemosäkerhet. Med Matematica.Lib dpns technology finns möjlighet att komma nästan hur långt som helst (You name it).

35 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 35 Date: 111130 8. Framtida utveckling med Matematica/dpns-technology. Om beräkningarna görs optimalt dominerar givarfelen i mät- och beräkningssystemet naturgas_7. Genom att använda Matematica.Lib/dpns-blocket och flera givare kan denna flaskhals reduceras till önskad nivå. Ex se följande bilder.

36 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 36 T1T2T3 T4 T_most_probably Meausure of 4 temps in a tube Failure of transmitter 4 = no problem (compare with simple calc (1+2+3+10)/4=4>>2.146) Double precision non stop technology. Ex 2; Dpns statistical calc of most probably value Signal unlikely value

37 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 37 Example; Improvement of a GNG massflow/energyflow calc system with Matematica.Lib function block double precision non stop (dpns) Note simplified graphics dpns temp_meas Temp_meas_1 P_abs Matematica.Lib GNG flow/energy double precision non stop technology calculation system <0,4% sys unc dpns flow Flow orifice dp-cell 1 Temp_meas_2 Temp_meas_3 Temp_meas_4 Temp cal Flow orifice dp 2 Flow ISA nozzle dp 1 Flow ISA nozzle dp 2 GC gaskromatograf

38 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 38 Contact; Matematica Stefan Rudbäck, civ ing mail@matematica.se www.matematica.se +46(0)708387910 skype; stefan.rudback

39 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 39

40 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 40 Date: 110506 2.1 Matematica.Lib. The function library that uses scientific state of the art knowledge without compromises. Ex: Power/energy calc with Matematica.Lib can reduce the calc error from typical 5% to <0.3%

41 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 41 Power/energy calc with Matematica.Lib general function blocks

42 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 42 Part_1

43 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 43 Part_2

44 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 44 Date: 110506 2.2 Matematica.Lib/dpns (Double precision non stop technology) Specify your demands for; Production reliability and Production precision and Matematica.Lib will meet those demands (Ex; see below)

45 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 45 Flow signal from one dim flowmeter like US/mag Flow profile corrected ignal 100-66.206, difference=34%! For this case Example of FLOW PROFILES HANDLED BY Matematica dp_flow Date: 110506 Double precision non stop technology. Ex 1; Dp_flow.

46 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 46 Let T4_stat_proc_value control the wheight factor wf4 (T4_proc=wf4*T4_stat_proc and so on for 1,2,3) =(1+2+3)/3

47 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 47 Matematica.Lib.dpns block under normal conditions T1T2T3T4 T_avg

48 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 48 With Matematica double precision non stop technology the following is possible; -The measurement uncertainty can be reduced to a limit defined by the user (to a certain limit). -The reliability can be improved to a limit defined by the user. (transmitter failure will be non-stop handled by the dpns-system) -Transmitters can be simplified. Failures will be non-stop handled. -Safety system operating parallell with the production system can be eliminated. Failures will be non-stop handled. -Real transmitter errors will be calculated.

49 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 49 Exemple of Matematica.Lib funktion blocks

50 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 50 Example of Matematica.Lib function blocks

51 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 51 Matematica.Lib in list form

52 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 52 Matematica.Lib in list form 2

53 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 53 Matematica.Lib steam MMI

54 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 54 Soft package Matematica calculation system for GNG delivery of kg and energy amount at Nynäs/Sweden MWh kg

55 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 55 Matematica:Lib Natural Gas GNG density calculation Code based on ISO 12213 <0.1% uncertainty >1400 statements of code in naturgasdens function block Siemens PCS 7 /ABB CB General and precise

56 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 56 Soft package Matematica calculation system for GNG delivery of kg and energy amount at Nynäs/Sweden

57 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 57 Matematica:Lib Naturgas GNG flow calculation Code based on ISO 5167 = 0.5% uncertainty >450 statements of code in ISO_5167 function block (orifice plates, venturis and nozzles) Siemens PCS 7/ABB CB General and precise

58 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 58 Soft package Matematica calculation system for GNG delivery of kg and energy amount at Nynäs/Sweden

59 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 59 Matematica:Lib Naturgas GNG totalization of power to energy with function block Totalizer_3. Code developed by Matematica with 84 digits without underflow. May summarize in 100 years with 1 ms sampling <0.0001% underflow. Totalizer_3 function block appr. 800 statements of code Siemens PCS 7/ABB CB General and precise

60 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 60 Date: 110506 Matematica How can Your organisation and Matematica cooperate in the future? There are (at least) 4 possibilities;

61 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 61 Date: 110506 Matematica-Your organisation coop 1. Start point; Consult basis. Matematica designes/calculates/generates control system code with Processline.

62 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 62 Date: 110506 Matematica-Your organisation coop 2. Developed coop; Licens agreement for Processline.

63 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 63 Date: 110506 Matematica-Your organisation coop 3. Developed coop; Simulation licens (Windows) for Matematica.Lib.

64 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 64 Date: 110506 Matematica-Your organisation coop 4. Developed coop; Simulation and online- license (Windows and Siemens/ABB) for Matematica.Lib.

65 copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica,+46 708387910, mail@matematica.se, matematica.se sid 65 Date: 110506 At last; I hope some of my soft or hard packages can help Your organisation to better business in the future. Do not hesitate to contact me for a discussion of the first step in a future cooperation. Regards Stefan Rudbäck, Man dir, civ ing, M Sc