IT201600125128A1 - METHOD FOR DETERMINING AN ENERGY MODEL OF A PLANT AND CORRESPONDING METHOD TO MONITOR THE ENERGY BEHAVIOR OF THE PLANT - Google Patents
METHOD FOR DETERMINING AN ENERGY MODEL OF A PLANT AND CORRESPONDING METHOD TO MONITOR THE ENERGY BEHAVIOR OF THE PLANTInfo
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Description
DESCRIZIONE DESCRIPTION
del brevetto per invenzione industriale dal titolo: of the patent for industrial invention entitled:
“METODO PER DETERMINARE UN MODELLO ENERGETICO DI UN IMPIANTO E CORRISPONDENTE METODO PER MONITORARE IL COMPORTAMENTO ENERGETICO DELL'IMPIANTO” "METHOD FOR DETERMINING AN ENERGY MODEL OF A PLANT AND CORRESPONDING METHOD FOR MONITORING THE ENERGY BEHAVIOR OF THE PLANT"
di SEASIDE S.R.L. by SEASIDE S.R.L.
di nazionalità italiana of Italian nationality
con sede: VIA ANDREA COSTA, 165 with registered office: VIA ANDREA COSTA, 165
BOLOGNA (BO) BOLOGNA (BO)
Inventori: BENFENATI Paolo, TESTI Piergiorgio Inventors: BENFENATI Paolo, TEXTS Piergiorgio
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La presente invenzione è relativa ad un metodo per determinare un modello energetico di un impianto, ossia un sistema complesso di apparati che consumano e/o producono energia, e ad un corrispondente metodo per monitorarne il comportamento energetico. The present invention relates to a method for determining an energy model of a plant, ie a complex system of apparatuses that consume and / or produce energy, and to a corresponding method for monitoring its energy behavior.
La determinazione esatta del corretto comportamento energetico di un impianto, ad esempio un impianto o un intero stabilimento del settore industriale o del settore terziario, è difficoltosa poiché le variabili che in linea di principio lo influenzano sono moltissime, spesso non note o difficilmente misurabili, e praticamente impossibili da mettere in relazione tra loro. The exact determination of the correct energy behavior of a plant, for example a plant or an entire plant in the industrial sector or in the tertiary sector, is difficult since the variables that in principle influence it are very many, often not known or difficult to measure, and practically impossible to relate to each other.
I moderni impianti industriali sono dotati di sistemi di monitoraggio energetico comprendenti una molteplicità di Modern industrial plants are equipped with energy monitoring systems including a variety of
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Andrea FIORINI (Iscrizione Albo N.1197/B) dispositivi atti a misurare una pluralità di variabili indipendenti che presumibilmente influenzano il consumo di energia dell’impianto. Tali variabili indipendenti comprendono, a titolo di esempio, grandezze fisiche misurate tramite sensori ambientali, quali ad esempio sensori di temperatura, pressione e irraggiamento solare, e variabili misurate tramite contatori e/o misuratori di vario genere, quali ad esempio contapezzi associati a macchine automatiche, contatori di calorie, contatori di gas, misuratori di portata e misuratori di fasi di processo per misurare quantità di materie prime e di articoli. Andrea FIORINI (Registered on the Register N.1197 / B) devices designed to measure a plurality of independent variables that presumably affect the energy consumption of the system. These independent variables include, by way of example, physical quantities measured by environmental sensors, such as for example temperature, pressure and solar radiation sensors, and variables measured by meters and / or meters of various kinds, such as for example piece counters associated with automatic machines. , calorie counters, gas meters, flow meters and process step meters to measure quantities of raw materials and items.
I sistemi di monitoraggio energetico producono una notevole mole di dati che vengono memorizzati in uno o più database per essere analizzati da una figura professionale nota come “energy manager”. I sistemi di monitoraggio energetico più sofisticati forniscono i valori misurati in termini di serie storiche. La quantità di dati contenuta nei database cresce in maniera esponenziale con l’aumentare della complessità (numero di apparati e dispositivi) dell’impianto industriale. Energy monitoring systems produce a considerable amount of data that is stored in one or more databases to be analyzed by a professional figure known as "energy manager". The most sophisticated energy monitoring systems provide the measured values in terms of time series. The amount of data contained in the databases grows exponentially with the increasing complexity (number of devices and devices) of the industrial plant.
Per poter misurare il rendimento energetico di un impianto industriale e valutarne le variazioni, l’energy manager deve definire il cosiddetto consumo di riferimento (o “baseline energetica”) e poi periodicamente misurare gli eventuali progressi o regressi rispetto a tale consumo di In order to measure the energy performance of an industrial plant and evaluate its variations, the energy manager must define the so-called reference consumption (or "energy baseline") and then periodically measure any progress or regression with respect to this consumption of
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Andrea FIORINI (Iscrizione Albo N.1197/B) riferimento. Tipicamente, l’energy manager adotta come consumo di riferimento una serie di valori calcolati con metodi molto semplici, solitamente basati su valor medio e regressione lineare, poi individua manualmente, per tentativi, la relazione esistente tra variabili indipendenti e le variabili dipendente e confronta il valore energetico misurato con il consumo di riferimento. In sostanza, l’energy manager effettua semplici calcoli con strumenti di office automation su dati estratti manualmente, in modo spesso estemporaneo e con granularità solitamente elevata. Difficilmente questa metodologia di calcolo consente di ottimizzare in maniera continua il rendimento energetico dell’impianto. Andrea FIORINI (Registration No.1197 / B) reference. Typically, the energy manager adopts as reference consumption a series of values calculated with very simple methods, usually based on average value and linear regression, then manually identifies, by trial and error, the relationship existing between independent variables and dependent variables and compares the energy value measured with reference consumption. Basically, the energy manager performs simple calculations with office automation tools on manually extracted data, often extemporaneously and with usually high granularity. This calculation method is unlikely to continuously optimize the energy performance of the system.
Scopo della presente invenzione è di fornire un metodo di analisi del comportamento energetico di un impianto industriale, il quale sia esente dagli inconvenienti sopra descritti e, nello stesso tempo, sia di facile ed economica attuazione. The object of the present invention is to provide a method for analyzing the energy behavior of an industrial plant, which is free from the drawbacks described above and, at the same time, is easy and economical to implement.
In accordo con la presente invenzione viene fornito un metodo per determinare un modello energetico di un impianto, un metodo per monitorare il comportamento energetico di un impianto ed un sistema di monitoraggio di un impianto, secondo quanto definito nelle rivendicazioni allegate. In accordance with the present invention, a method is provided for determining an energy model of a plant, a method for monitoring the energy behavior of a plant and a monitoring system of a plant, as defined in the attached claims.
La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio The present invention will now be described with reference to the accompanying drawings, which illustrate an example thereof
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Andrea FIORINI (Iscrizione Albo N.1197/B) di attuazione non limitativo, in cui: Andrea FIORINI (Registration No.1197 / B) of non-limiting implementation, in which:
- la figura 1 illustra un’architettura generale di un sistema di monitoraggio per un impianto, il quale sistema è configurato per implementare il metodo per determinare un modello energetico dell’impianto ed il metodo per monitorare il comportamento energetico dell’impianto realizzati secondo la presente invenzione; e - Figure 1 illustrates a general architecture of a monitoring system for a plant, which system is configured to implement the method for determining an energy model of the plant and the method for monitoring the energy behavior of the plant made according to the present invention; And
- la figura 2 illustra un diagramma di flusso del metodo per determinare un modello energetico dell’impianto. - Figure 2 illustrates a flow chart of the method for determining an energy model of the plant.
Nella figura 1, con 1 è genericamente indicato un impianto, ossia un sistema complesso di apparati che consumano e/o producono energia, quale ad esempio un impianto industriale, e con 2 un sistema di monitoraggio dell’impianto 1. Il sistema di monitoraggio 2 comprende un sottosistema essenzialmente hardware, indicato con 3, ed un sottosistema essenzialmente software, indicato con 4. In figure 1, with 1 a plant is generically indicated, i.e. a complex system of devices that consume and / or produce energy, such as an industrial plant, and with 2 a monitoring system of plant 1. The monitoring system 2 it comprises an essentially hardware subsystem, indicated with 3, and an essentially software subsystem, indicated with 4.
Il sottosistema hardware 3 comprende un sistema di acquisizione di misure 5 per acquisire valori misurati di una pluralità di variabili ambientali e/o di impianto che influiscono sul comportamento energetico o rappresentano il consumo o la produzione energetica dell’impianto 1, ed un sistema di trasmissione dati 6 costituito, ad esempio, da un gateway di una rete di comunicazioni che riceve i valori misurati dal sistema di acquisizione di misure 5 e li trasmette all’esterno del sottosistema hardware 3. The hardware subsystem 3 comprises a measurement acquisition system 5 for acquiring measured values of a plurality of environmental and / or plant variables that affect the energy behavior or represent the energy consumption or production of the plant 1, and a transmission system data 6 consisting, for example, of a gateway of a communications network which receives the measured values from the measurement acquisition system 5 and transmits them outside the hardware subsystem 3.
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Andrea FIORINI (Iscrizione Albo N.1197/B) Tipicamente, i valori misurati delle variabili vengono forniti sotto forma di relative serie storiche di dati, indicate con HD1 nella figura 1, ossia almeno una serie storica di valori misurati per ciascuna variabile misurata. Preferibilmente, le serie storiche di dati HD1 sono raccolte in files di testo in formato cvs. Andrea FIORINI (Registered in the Albo N.1197 / B) Typically, the measured values of the variables are provided in the form of relative historical data series, indicated with HD1 in figure 1, i.e. at least one historical series of measured values for each measured variable. Preferably, the historical series of HD1 data are collected in text files in cvs format.
Il sistema di acquisizione di misure 5 comprende una pluralità di sensori e/o dispositivi di misura, di per sé noti e quindi non illustrati in dettaglio, quali ad esempio sensori per misurare grandezze fisiche – per esempio temperature, pressioni di fluidi e irraggiamento solare -contatori di calorie, contatori di gas, contatori elettrici, misuratori di portate di fluidi, contatori di macchine automatiche per contare volumi o pezzi prodotti, e dispositivi IoT, cioè dispositivi in grado di comunicare con la rete Internet secondo il concetto dell’Internet of Things. The measurement acquisition system 5 comprises a plurality of sensors and / or measurement devices, known per se and therefore not illustrated in detail, such as for example sensors for measuring physical quantities - for example temperatures, pressures of fluids and solar radiation - calorie counters, gas meters, electric meters, flow meters of fluids, counters of automatic machines to count volumes or pieces produced, and IoT devices, i.e. devices capable of communicating with the Internet according to the concept of the Internet of Things .
Nell’esempio della figura 1, il sottosistema hardware 3 comprende anche una banca dati di monitoraggio 7 configurata ad hoc per interrogare il sistema di acquisizione di misure 5 e memorizzare i valori misurati per renderli disponibili in un secondo momento già in forma di serie storiche di dati HD2, preferibilmente raccolti in files di testo in formato cvs. In the example of Figure 1, the hardware subsystem 3 also comprises a monitoring database 7 configured ad hoc to query the measurement acquisition system 5 and store the measured values to make them available at a later time already in the form of historical series of HD2 data, preferably collected in text files in cvs format.
Tipicamente il sottosistema hardware 3 si trova nel medesimo luogo dell’impianto 1. Invece, il sottosistema Typically, the hardware subsystem 3 is located in the same place as plant 1. Instead, the subsystem
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Andrea FIORINI (Iscrizione Albo N.1197/B) software 4 è implementabile in un server dislocabile in remoto rispetto all’impianto 1. La comunicazione tra il sottosistema hardware 3 ed il sottosistema software 4, come pure l’accessibilità da remoto al sottosistema software 4 avviene attraverso la rete internet secondo tecnologie di telecomunicazioni note. Andrea FIORINI (Registered in the Register N.1197 / B) software 4 can be implemented in a server that can be remotely displaced with respect to plant 1. The communication between the hardware subsystem 3 and the software subsystem 4, as well as the remote accessibility to the software subsystem 4 takes place through the internet according to known telecommunications technologies.
Il sottosistema software 4 comprende un sistema informativo gestionale 8, il quale fornisce dati transazionali, sempre sotto forma di una pluralità di serie storiche di dati indicate con HD3 nella figura 1, relativi a variabili di processi gestionali che influiscono sul comportamento energetico dell’impianto 1, un modulo di elaborazione 9 per pulire e normalizzare le serie storiche di dati HD1, HD2 e HD3 in modo da ottenere serie storiche di dati HD4 uniformi tra loro, ed una banca dati 10 per memorizzare e rendere disponibili tutte le variabili misurate o quantificate tramite il sistema di acquisizione di misure 5 ed il sistema informativo gestionale 8, indicate con VAR, e le serie storiche di dati HD4 originate dalle variabili VAR. The software subsystem 4 comprises a management information system 8, which provides transactional data, again in the form of a plurality of historical data series indicated with HD3 in figure 1, relating to variables of management processes that affect the energy behavior of the plant 1 , a processing module 9 to clean and normalize the time series of HD1, HD2 and HD3 data in order to obtain time series of HD4 data that are uniform to each other, and a database 10 to store and make available all the variables measured or quantified through the measurement acquisition system 5 and the management information system 8, indicated with VAR, and the historical series of HD4 data originating from the VAR variables.
Il sottosistema software 4 comprende, inoltre, un modulo di monitoraggio 11, il quale riceve in tempo reale, durante il normale funzionamento dell’impianto 1, valori misurati VME di una o più variabili di impianto da monitorare, che sono un sottoinsieme delle variabili VAR, dal sistema di The software subsystem 4 also comprises a monitoring module 11, which receives in real time, during the normal operation of the plant 1, VME measured values of one or more plant variables to be monitored, which are a subset of the VAR variables. , from the system of
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Andrea FIORINI (Iscrizione Albo N.1197/B) acquisizione di misure 5 e dal sistema informativo gestionale 8, preferibilmente attraverso la banca dati 10, dove tali valori misurati VME vengono memorizzati, ed è configurato per confrontare i valori misurati VME con relativi valori di riferimento VREF, e per generare relativi segnali di allarme quando i valori misurati VME sono maggiori dei relativi valori di riferimento VREF. Andrea FIORINI (Registered in the Register N.1197 / B) acquisition of measurements 5 and from the management information system 8, preferably through the database 10, where these VME measured values are stored, and is configured to compare the VME measured values with the relative values of VREF reference, and to generate related alarm signals when VME measured values are greater than the relative VREF reference values.
In particolare, le variabili di impianto che possono essere oggetto di monitoraggio sono quelle che esprimono il consumo energetico dell’impianto, se ad esempio quest’ultimo è un impianto finalizzato alla produzione di articoli o alla lavorazione di materiali, oppure la produzione energetica dell’impianto, se ad esempio quest’ultimo è finalizzato alla produzione di energia elettrica o termica. A puro titolo di esempio, in un impianto per la produzione di piastrelle da rivestimenti, la variabile di impianto da monitorare potrebbe essere il consumo del gas metano. In particular, the system variables that can be monitored are those that express the energy consumption of the system, if for example the latter is a system aimed at the production of articles or the processing of materials, or the energy production of the plant, if for example the latter is aimed at the production of electrical or thermal energy. By way of example, in a plant for the production of wall tiles, the plant variable to be monitored could be the consumption of methane gas.
Secondo l’invenzione, il sottosistema software 4 comprende un modulo di interfaccia uomo-macchina 12, ad esempio una interfaccia web accessibile attraverso Internet, per consentire ad un utente di selezionare porzioni di tali serie storiche di dati HD4 ed un modulo di elaborazione 13 configurato per elaborare storiche di dati HD4 sulla base delle selezioni fatte dall’utente allo scopo di determinare un modello energetico dell’impianto 1. Il modello energetico According to the invention, the software subsystem 4 comprises a man-machine interface module 12, for example a web interface accessible through the Internet, to allow a user to select portions of such historical data series HD4 and a configured processing module 13 to process historical HD4 data on the basis of the selections made by the user in order to determine an energy model of the plant 1. The energy model
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Andrea FIORINI (Iscrizione Albo N.1197/B) viene poi utilizzato per calcolare i valori di riferimento VREF in tempo reale in funzione di valori misurati VM di un altro sottoinsieme delle variabili VAR. Andrea FIORINI (Registered in the Albo N.1197 / B) is then used to calculate the VREF reference values in real time as a function of VM measured values of another subset of the VAR variables.
I suddetti valori misurati VM vengono forniti in maniera continua durante il normale funzionamento dell’impianto 1 dal sistema di acquisizione di misure 5 e dal sistema informativo gestionale 8, preferibilmente attraverso la banca dati 10, dove tali valori misurati VM rimangono memorizzati almeno temporaneamente. The aforementioned VM measured values are provided continuously during the normal operation of the plant 1 by the measurement acquisition system 5 and by the management information system 8, preferably through the database 10, where these measured VM values remain stored at least temporarily.
In particolare, il modulo di elaborazione 13 è configurato per implementare il metodo illustrato dal diagramma di flusso della figura 2 e descritto qui di seguito. In particular, the processing module 13 is configured to implement the method illustrated by the flow diagram of Figure 2 and described below.
L’utente interagisce con il sottosistema software 4 attraverso l’interfaccia uomo-macchina 12 per selezionare, tra la pluralità di variabili VAR, le variabili da considerare indipendenti, indicate con VARind, ed almeno una variabile da considerare come dipendente, indicata con VARdip (passo 101 della figura 2), e per definire due insiemi di dati storici, che qui di seguito verranno chiamati dati storici di addestramento HDtrain e dati storici di test HDtest, selezionando due rispettive porzioni temporali delle serie storiche di dati HD4 (passo 102). Preferibilmente, la porzione temporale che definisce i dati storici di addestramento HDtrain è molto maggiore di quella che definisce i dati storici di test HDtest per motivi che saranno The user interacts with the software subsystem 4 through the man-machine interface 12 to select, among the plurality of VAR variables, the variables to be considered independent, indicated with VARind, and at least one variable to be considered as dependent, indicated with VARdip ( step 101 of Figure 2), and to define two sets of historical data, which hereinafter will be called HDtrain historical training data and HDtest historical test data, by selecting two respective time portions of the HD4 historical data series (step 102). Preferably, the time portion that defines HDtrain historical training data is much greater than that which defines HDtest historical test data for reasons that will be
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Andrea FIORINI (Iscrizione Albo N.1197/B) più chiari nel seguito del presente documento. Andrea FIORINI (Registration No.1197 / B) more clear in the rest of this document.
Una pluralità di algoritmi di intelligenza artificiale viene addestrata con i dati storici di addestramento HDtrain in modo da determinare, per ciascuno degli algoritmi, un modello predittivo della variabile VARdip in funzione delle variabili VARind (passo 103). A plurality of artificial intelligence algorithms are trained with the HDtrain historical training data in order to determine, for each of the algorithms, a predictive model of the VARdip variable as a function of the VARind variables (step 103).
Gli algoritmi di intelligenza artificiale sono di tipo noto e comprendono uno o più algoritmi selezionati in un gruppo di algoritmi comprendente: Artificial intelligence algorithms are of a known type and comprise one or more algorithms selected from a group of algorithms comprising:
- random forest; - random forest;
- spline di primo ordine; - first order splines;
- spline di secondo ordine; - second order splines;
- rete neurale artificiale; - artificial neural network;
- rete neurale artificiale di tipo auto-encoder; - artificial neural network of auto-encoder type;
- rete neurale artificiale di tipo stacked denoising Ciascun algoritmo di intelligenza artificiale comprende in generale un algoritmo vero e proprio, una pluralità di nodi di calcolo ed una mappa di pesi e coefficienti associati ai nodi di calcolo, il valore dei pesi e coefficienti essendo configurato durante l’addestramento dell’algoritmo. Dunque, il suddetto modello predittivo è costituito dal relativo algoritmo e dalla configurazione di detti pesi e coefficienti ottenuta con l’addestramento. - stacked denoising artificial neural network Each artificial intelligence algorithm generally comprises a real algorithm, a plurality of calculation nodes and a map of weights and coefficients associated with the calculation nodes, the value of the weights and coefficients being configured during training the algorithm. Therefore, the aforementioned predictive model consists of the relative algorithm and the configuration of said weights and coefficients obtained with training.
Vantaggiosamente, le istruzioni degli algoritmi di intelligenza artificiale e le relative mappe di pesi e Advantageously, the instructions of the artificial intelligence algorithms and the related weight maps e
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Andrea FIORINI (Iscrizione Albo N.1197/B) coefficienti è memorizzata in una banca dati di algoritmi (non illustrata) associata al modulo di elaborazione 13. Ad esempio, se il modulo di elaborazione 13 è implementato su di un server, ossia è implementato da un particolare software installato su tale server, la banca dati di algoritmi è memorizzata in una memoria di tale server. Andrea FIORINI (Registered in the Register N.1197 / B) coefficients is stored in an algorithm database (not shown) associated with the processing module 13. For example, if the processing module 13 is implemented on a server, that is, it is implemented by a particular software installed on that server, the algorithm database is stored in a memory of that server.
La lunghezza temporale dei dati storici di addestramento HDtrain deve essere sufficiente da contenere almeno un ciclo completo di periodicità del comportamento energetico dell’impianto 1. Ad esempio, se l’impianto 1 è costituito da un impianto di climatizzazione i dati storici di addestramento HDtrain devono avere un’estensione temporale di almeno un anno per comprendere sia la periodicità del giorno e della notte, che la periodicità stagionale. The time length of the HDtrain training historical data must be sufficient to contain at least one complete cycle of periodicity of the energy behavior of plant 1. For example, if plant 1 consists of an air conditioning system, the HDtrain historical training data must have a temporal extension of at least one year to understand both the periodicity of the day and night, and the seasonal periodicity.
La fase di addestramento di tutti gli algoritmi di intelligenza artificiale prevede, per ciascun algoritmo, di calcolare il valore di un indice di significatività IG per ciascuna variabile VARind esprimente il grado di influenza della variabile VARind stessa sul valore variabile VARdip (passo 104). In particolare, l’indice di significatività IG è un indice di purezza esprimente il valore di diminuzione totale di impurità, ossia di aumento totale di purezza, dei nodi di calcolo. Più in dettaglio, l’indice di significatività IG è costituito dal cosiddetto Indice di Gini. The training phase of all artificial intelligence algorithms foresees, for each algorithm, to calculate the value of an IG significance index for each VARind variable expressing the degree of influence of the VARind variable itself on the VARdip variable value (step 104). In particular, the IG significance index is a purity index expressing the value of total decrease of impurities, i.e. of total increase of purity, of the calculation nodes. More specifically, the IG significance index consists of the so-called Gini Index.
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Andrea FIORINI (Iscrizione Albo N.1197/B) A questo punto, ciascuno degli algoritmi addestrati viene testato. Prima di tutto, ciascuno degli algoritmi addestrati, ossia il rispettivo modello predittivo, è alimentato con i dati storici di test HDtest per determinare relativi valori predetti VPR della variabile VARdip (passo 105). La lunghezza temporale dei dati storici di test HDtest può essere sensibilmente inferiore rispetto a quella dei dati storici di addestramento HDtrain. Ad esempio, se l’impianto 1 è costituito da un impianto di climatizzazione i dati storici di test HDtest posso avere un’estensione temporale pari a uno o due mesi. Andrea FIORINI (Registration No.1197 / B) At this point, each of the trained algorithms is tested. First of all, each of the trained algorithms, i.e. the respective predictive model, is fed with historical HDtest test data to determine relative predicted VPR values of the VARdip variable (step 105). The time length of HDtest historical test data can be significantly shorter than that of HDtrain historical training data. For example, if system 1 consists of an air conditioning system, the historical HDtest test data can have a temporal extension of one or two months.
Per ciascun algoritmo addestrato, si calcola un valore di almeno un indice statistico in funzione dei valori predetti VPR e dei valori misurati dei dati storici di test HDtest relativi alla variabile VARdip (passo 106). In particolare, l’indice statistico è tale per cui diminuisce col diminuire della differenza tra i valori predetti VPR forniti da un certo algoritmo addestrato ed i corrispondenti valori misurati dei dati storici di test HDtest relativi alla variabile VARdip. Ad esempio, l’indice statistico è costituito dallo scarto quadratico medio (“root mean square error) (RMSE) oppure dall’errore assoluto medio (“mean absolute error”) (MAE) tra i valori predetti VPR forniti da un certo algoritmo addestrato ed i corrispondenti valori misurati dei dati storici di test HDtest relativi alla variabile VARdip. For each trained algorithm, a value of at least one statistical index is calculated as a function of the predicted VPR values and the measured values of the historical HDtest test data relating to the VARdip variable (step 106). In particular, the statistical index is such that it decreases as the difference between the predicted VPR values provided by a certain trained algorithm decreases and the corresponding measured values of the historical HDtest test data relating to the VARdip variable. For example, the statistical index consists of the root mean square error (RMSE) or the mean absolute error (MAE) between the predicted VPR values provided by a certain trained algorithm and the corresponding measured values of the historical HDtest test data relating to the VARdip variable.
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Andrea FIORINI (Iscrizione Albo N.1197/B) Tra gli algoritmi addestrati viene selezionato l’algoritmo migliore sulla base dei valori di indice statistico di tutti gli algoritmi addestrati (passo 107). In particolare, considerando un indice statistico che diminuisce col diminuire della differenza tra i valori predetti VPR ed i corrispondenti valori misurati dei dati storici di test HDtest della variabile VARdip, l’algoritmo migliore è l’algoritmo addestrato con il minore valore di indice statistico. Andrea FIORINI (Registered in the Register N.1197 / B) Among the trained algorithms, the best algorithm is selected based on the statistical index values of all the trained algorithms (step 107). In particular, considering a statistical index that decreases as the difference between the predicted VPR values and the corresponding measured values of the historical HDtest test data of the VARdip variable decreases, the best algorithm is the trained algorithm with the lowest statistical index value.
Come anticipato in precedenza, la fase di addestramento degli algoritmi comprende, per ciascuno di essi, una fase di calcolo del valore di un indice di significatività IG per ciascuna delle variabili VARind. Una variabile indipendente VARind con un basso valore dell’indice di significatività IG è una variabile che influisce poco sui valori predetti della variabile dipendente VARdip. As previously mentioned, the training phase of the algorithms includes, for each of them, a phase of calculating the value of an IG significance index for each of the VARind variables. An independent variable VARind with a low value of the IG significance index is a variable that has little influence on the predicted values of the dependent variable VARdip.
Tra le variabili VARind vengono selezionate quelle variabili, indicate qui di seguito con VARimp, che sono più influenti sul valore della variabile VARdip, sulla base del loro indice di significatività IG calcolato per l’algoritmo migliore (passo 108). In particolare, le variabili VARimp sono quelle il cui indice di significatività IG è maggiore di un valore di soglia prestabilito, ad esempio pari al 10%. Vantaggiosamente, il valore di soglia per l’indice IG viene configurato dall’utente tramite l’interfaccia uomo-macchina 12, ad esempio nello stesso momento in cui vengono selezionate Among the VARind variables, those variables are selected, indicated below with VARimp, which are most influential on the value of the VARdip variable, based on their IG significance index calculated for the best algorithm (step 108). In particular, the VARimp variables are those whose IG significance index is greater than a predetermined threshold value, for example equal to 10%. Advantageously, the threshold value for the IG index is configured by the user through the man-machine interface 12, for example at the same time as they are selected
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Andrea FIORINI (Iscrizione Albo N.1197/B) le variabili VARind e VARdip ed i dati storici di addestramento HDtrain e di test HDtest (passo 102 della figura 2). Andrea FIORINI (Registration No.1197 / B) the variables VARind and VARdip and the historical data of HDtrain training and HDtest tests (step 102 of figure 2).
Se le variabili VARimp rappresentano un sottoinsieme delle variabili VARind, l’algoritmo migliore selezionato in precedenza (passo 107 della figura 2) viene riaddestrato con un sottoinsieme dei dati storici di addestramento HDtrain relativo alle sole variabili VARimp (passo 109). L’algoritmo migliore riaddestrato su detto sottoinsieme dei dati storici di addestramento HDtrain definisce il modello energetico cercato per l’impianto. Se invece le variabili VARimp coincidono con le variabili VARind, allora l’algoritmo migliore non va riaddestrato e definisce già il modello energetico cercato. If the VARimp variables represent a subset of the VARind variables, the best algorithm previously selected (step 107 of Figure 2) is retrained with a subset of the historical HDtrain training data relating only to the VARimp variables (step 109). The best retrained algorithm on said subset of historical HDtrain training data defines the energy model sought for the plant. If, on the other hand, the VARimp variables coincide with the VARind variables, then the best algorithm does not need to be retrained and already defines the energy model sought.
Secondo una variante non illustrata dell’invenzione, l’indice di significatività IG viene calcolato soltanto per l’algoritmo migliore. Ciò consente di ridurre il tempo di calcolo del modello energetico. According to a variant of the invention not illustrated, the IG significance index is calculated only for the best algorithm. This allows to reduce the calculation time of the energy model.
Secondo la presente invenzione, il modello energetico viene determinato selezionando, come variabile VARdip, una variabile di impianto da monitorare ed è impiegato per calcolare in tempo reale il valore di riferimento VREF di tale variabile di impianto in funzione dei valori misurati VM delle sole variabili VARimp, acquisiti dal sistema di acquisizione di misure 5 e dal sistema informativo gestionale 8 durante il normale funzionamento dell’impianto 1. Il valore di According to the present invention, the energy model is determined by selecting, as the VARdip variable, a plant variable to be monitored and is used to calculate in real time the reference value VREF of this plant variable as a function of the measured values VM of the VARimp variables only. , acquired by the measurement acquisition system 5 and by the management information system 8 during the normal operation of plant 1. The value of
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Andrea FIORINI (Iscrizione Albo N.1197/B) riferimento VREF della variabile di impianto da monitorare è la cosiddetta “baseline energetica” dell’impianto. Come descritto in precedenza, il modulo di monitoraggio 11 è configurato per generare segnali di allarme quando i valori misurati VME della variabile di impianto sono maggiori del valore di riferimento VREF. Andrea FIORINI (Registration No.1197 / B) VREF reference of the plant variable to be monitored is the so-called "energy baseline" of the plant. As described above, the monitoring module 11 is configured to generate alarm signals when the VME measured values of the plant variable are greater than the reference value VREF.
L’impiego del modello energetico determinato secondo il metodo dell’invenzione permette di adattare il monitoraggio dell’impianto 1 ai comportamenti di lungo periodo dell’impianto 1 stesso, in quanto il modello energetico descrive nel miglior modo possibile le relazioni tra le variabili indipendenti più significative e le variabili dipendenti. Inoltre, la definizione del modello energetico porta alla riduzione del numero di variabili indipendenti da misurare (VARimp) con conseguente notevole riduzione dei costi di installazione e manutenzione dei dispositivi del sistema di acquisizione di misure 5 e, allo stesso tempo, aumento dell’affidabilità dei dati raccolti. In aggiunta, il modello energetico è utilizzabile per calcolare la baseline energetica di impianti simili a quello per il quale è stato calcolato il modello energetico. The use of the energy model determined according to the method of the invention allows to adapt the monitoring of the plant 1 to the long-term behaviors of the plant 1 itself, since the energy model describes in the best possible way the relationships between the most independent variables. significant and dependent variables. Furthermore, the definition of the energy model leads to a reduction in the number of independent variables to be measured (VARimp) with a consequent significant reduction in the installation and maintenance costs of the devices of the measurement acquisition system 5 and, at the same time, an increase in the reliability of the Collected data. In addition, the energy model can be used to calculate the energy baseline of plants similar to the one for which the energy model was calculated.
Da quanto sopra descritto è chiaro che metodo secondo l’invenzione è applicabile ad un qualsiasi tipo di impianto, sia esso un impianto industriale o del settore terziario. From the above it is clear that the method according to the invention is applicable to any type of plant, be it an industrial plant or the tertiary sector.
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Andrea FIORINI (Iscrizione Albo N.1197/B) Andrea FIORINI (Registration No.1197 / B)
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