油氣處理站庫(kù)智能預(yù)警與診斷系統(tǒng)研究與應(yīng)用

1、<p>　　油氣處理站庫(kù)智能預(yù)警與診斷系統(tǒng)研究與應(yīng)用</p><p>　　[摘 要] 采用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，提取現(xiàn)場(chǎng)DCS實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，智能預(yù)警設(shè)備故障，幫助操作人員及時(shí)獲知潛在的故障和隱患，并能通過(guò)系統(tǒng)關(guān)聯(lián)影響，判斷故障原因，給出解決辦法。 </p><p>　　[關(guān)鍵詞] 油氣處理；智能；預(yù)警；診斷；知識(shí)庫(kù) </p><p>　　doi ： 10 . 396

2、9 / j . issn . 1673 - 0194 . 2013 . 16. 027 </p><p>　　[中圖分類號(hào)] TP277 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1673 - 0194（2013）16- 0044- 03 </p><p><b>　　0 引 言 </b></p><p>　　油氣處理站庫(kù)工藝流程都較為復(fù)雜，而監(jiān)控人員

3、通常在站庫(kù)內(nèi)實(shí)習(xí)幾個(gè)月后即可上崗，當(dāng)DCS系統(tǒng)出現(xiàn)報(bào)警時(shí)，監(jiān)控人員一般只能向班長(zhǎng)或崗位員工匯報(bào)報(bào)警信息，并不能判斷故障發(fā)生的根本原因。需要現(xiàn)場(chǎng)崗位員工再詢問(wèn)相關(guān)數(shù)據(jù)后判斷故障點(diǎn)，延長(zhǎng)故障排除時(shí)間。本系統(tǒng)根據(jù)運(yùn)行趨勢(shì)、歷史運(yùn)行狀態(tài)提前預(yù)警可能發(fā)生的故障，并能自動(dòng)判斷故障發(fā)生的原因。 </p><p>　　面對(duì)油氣處理站庫(kù)復(fù)雜的工藝流程，各種壓力、溫度、液位等參數(shù)，只有經(jīng)驗(yàn)豐富的員工才能對(duì)參數(shù)故障快速反應(yīng)。基于實(shí)時(shí)數(shù)

4、據(jù)庫(kù)，實(shí)時(shí)反映當(dāng)前的生產(chǎn)狀態(tài)，并通過(guò)計(jì)算分析，獲知潛在的故障和隱患，根據(jù)知識(shí)庫(kù)推理技術(shù)自動(dòng)判斷故障原因，并為監(jiān)控人員提供解決故障的措施，提高響應(yīng)速度。同時(shí)系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu)，管理者通過(guò)網(wǎng)絡(luò)即可隨時(shí)掌握生產(chǎn)狀態(tài)，查找影響產(chǎn)量運(yùn)行的原因，及時(shí)優(yōu)化工藝參數(shù)。 </p><p><b>　　1 系統(tǒng)設(shè)計(jì) </b></p><p><b>　　1.1 設(shè)計(jì)目標(biāo) <

5、;/b></p><p>　　1.1.1 提前預(yù)警 </p><p>　　尋找工藝各關(guān)聯(lián)部分，根據(jù)歷史運(yùn)行趨勢(shì)，持續(xù)發(fā)生變化時(shí)提前預(yù)警，及早發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)隱患。系統(tǒng)汲取技術(shù)專家的經(jīng)驗(yàn)為新員工服務(wù)。 </p><p>　　1.1.2 自動(dòng)診斷 </p><p>　　報(bào)警發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)判斷相關(guān)聯(lián)的參數(shù)值，通過(guò)設(shè)定條件依次判斷所有可能原因，并給操

6、作人員處理方法。 </p><p>　　1.1.3 歷史回放及運(yùn)行指標(biāo) </p><p>　　系統(tǒng)記錄各參數(shù)點(diǎn)的所有歷史信息，能根據(jù)時(shí)間軸查看，或設(shè)定時(shí)間段自動(dòng)回放。同時(shí)分析各設(shè)備的運(yùn)行曲線，判斷工藝運(yùn)行狀況，找出經(jīng)常出現(xiàn)報(bào)警的點(diǎn)，根據(jù)原因進(jìn)行優(yōu)化，保障系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。 </p><p>　　1.1.4 交互式知識(shí)庫(kù)（經(jīng)驗(yàn)庫(kù)） </p><p>

7、;　　系統(tǒng)可以通過(guò)交互式的界面充實(shí)知識(shí)庫(kù)。當(dāng)出現(xiàn)DCS系統(tǒng)出現(xiàn)報(bào)警，系統(tǒng)從知識(shí)庫(kù)中檢索相關(guān)信息，并自動(dòng)判斷故障因，若無(wú)相關(guān)解決辦法時(shí)，可由技術(shù)人員進(jìn)行補(bǔ)充。 </p><p>　　1.1.5 信息推送 </p><p>　　網(wǎng)頁(yè)瀏覽和信息推送的方式，便于站內(nèi)領(lǐng)導(dǎo)隨時(shí)掌握站內(nèi)生產(chǎn)信息。 </p><p><b>　　1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) </b>&l

8、t;/p><p>　　1.2.1 通訊方式 </p><p>　　物理上的連接是通過(guò)在操作員站上安裝雙網(wǎng)卡，一塊網(wǎng)卡與現(xiàn)場(chǎng)DCS系統(tǒng)的操作員站、控制器通訊，另外一塊網(wǎng)卡用于與本系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。 </p><p>　　軟件方面，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)與DCS之間通過(guò)OPC接口通訊，OPC全稱是Object Linking and Embedding（OLE） for P

9、rocess Control，它的出現(xiàn)為基于Windows的應(yīng)用程序和現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程控制（DCS）應(yīng)用建立了橋梁。OPC為數(shù)據(jù)交換提供了開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)接口。預(yù)警系統(tǒng)通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的API調(diào)用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)。 </p><p>　　1.2.2 數(shù)據(jù)傳輸 </p><p>　　實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是預(yù)警系統(tǒng)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)的來(lái)源，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)從DCS獲取生產(chǎn)裝置的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行存儲(chǔ)，每個(gè)數(shù)據(jù)具有數(shù)值、時(shí)間、質(zhì)量、采集狀

10、態(tài)等信息。本系統(tǒng)按取樣周期每秒讀取現(xiàn)場(chǎng)儀表的當(dāng)前值，存入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中。系統(tǒng)讀取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)并展示在工藝流程上，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視。系統(tǒng)產(chǎn)生的預(yù)警狀態(tài)存入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中，并通過(guò)檢索知識(shí)庫(kù)中相關(guān)信息，將預(yù)警產(chǎn)生的記錄、診斷結(jié)果、處理方式存入關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，便于后期的查詢。 </p><p><b>　　2 功能設(shè)計(jì) </b></p><p>　　系統(tǒng)按功能可分為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)封裝模塊

11、、預(yù)警引擎模塊、預(yù)警模型定義模塊、預(yù)警響應(yīng)模塊、權(quán)限定義模塊和運(yùn)行日志模塊。 </p><p>　　預(yù)警引擎調(diào)用預(yù)警模型定義模塊獲得預(yù)警定義信息，并且通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)接口模塊獲取生產(chǎn)數(shù)據(jù)，在線監(jiān)測(cè)預(yù)警條件，條件滿足則產(chǎn)生預(yù)警，產(chǎn)生的預(yù)警信息發(fā)送給預(yù)警響應(yīng)模塊，由響應(yīng)模塊為用戶界面提供數(shù)據(jù)。 </p><p>　　2.1 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)接口模塊 </p><p>　　為了使

12、本系統(tǒng)可以有更好的擴(kuò)展性，對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)接口的封裝，若使用其他實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品，只需要重新構(gòu)建本模塊即可支持預(yù)警系統(tǒng)運(yùn)行，同時(shí)該模塊可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)用接口的對(duì)象化。 </p><p>　　2.2 預(yù)警模型定義模塊 </p><p>　　本模塊實(shí)現(xiàn)定義和維護(hù)知識(shí)庫(kù)功能。知識(shí)庫(kù)的組織和豐富程度決定了預(yù)警系統(tǒng)的判斷準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)預(yù)警知識(shí)庫(kù)的在線維護(hù)、存儲(chǔ)、在線查詢等功能，并提供給其他模塊調(diào)用。 &

13、lt;/p><p>　　知識(shí)庫(kù)采用多叉樹(shù)的表述方式，知識(shí)庫(kù)數(shù)的深度和廣度都會(huì)在后期應(yīng)用中補(bǔ)充，從樹(shù)根到樹(shù)葉每層的節(jié)點(diǎn)都對(duì)應(yīng)一到多個(gè)子節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可在后期進(jìn)行修改。系統(tǒng)推理機(jī)的推理過(guò)程，即為對(duì)知識(shí)樹(shù)的遍歷問(wèn)題。 </p><p>　　石西集中處理站是一套集原油處理、清水處理、注水、加藥、消防等多個(gè)工藝流程組成百萬(wàn)噸原油處理能力為每年120萬(wàn)噸的集輸站庫(kù)。工藝流程上每個(gè)設(shè)備對(duì)應(yīng)多個(gè)參數(shù)，一個(gè)參

14、數(shù)對(duì)應(yīng)高報(bào)、低報(bào)等多種報(bào)警狀態(tài)，一種報(bào)警狀態(tài)可能由多種原因?qū)е隆ＶR(shí)庫(kù)對(duì)每種故障原因進(jìn)行分析，盡可能尋找關(guān)聯(lián)參數(shù)，分析報(bào)警可能的原因，根據(jù)判斷依據(jù)自動(dòng)排除無(wú)關(guān)因素，并提供處理措施。 </p><p>　　2.3 預(yù)警引擎模塊 </p><p>　　預(yù)警模塊是對(duì)預(yù)警定義的參數(shù)進(jìn)行掃描，根據(jù)定義從實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)獲得數(shù)據(jù)，計(jì)算判定條件，如果發(fā)現(xiàn)條件滿足，則產(chǎn)生預(yù)警。在運(yùn)行過(guò)程中，如果收到預(yù)警定義模塊

15、的知識(shí)庫(kù)修改消息，則根據(jù)消息更新部分或全部的預(yù)警信息，然后繼續(xù)進(jìn)行預(yù)警監(jiān)測(cè)。 </p><p>　　本系統(tǒng)常用到的預(yù)警算法依據(jù)歷史曲線判斷、斜率、速率、變化趨勢(shì)等。 </p><p>　?。?）排除無(wú)效波動(dòng)。根據(jù)歷史運(yùn)行曲線，排除參數(shù)因外界干擾，出現(xiàn)個(gè)別數(shù)值，或短時(shí)間內(nèi)（如1分鐘以內(nèi)）的大幅跳動(dòng)。因?yàn)樵撝党霈F(xiàn)了顯著誤差，并沒(méi)有反映真實(shí)情況，系統(tǒng)結(jié)合歷史曲線判斷，數(shù)據(jù)可信度低，此時(shí)不報(bào)警。若

16、持續(xù)出現(xiàn)波動(dòng)，即該測(cè)量值包含故障信息。 　　（2）根據(jù)斜率預(yù)警。斜率可以反應(yīng)某一參數(shù)的變化率。本系統(tǒng)中，對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象進(jìn)行斜率計(jì)算，判定變化率是否滿足生產(chǎn)需要，如液位上漲的速度、運(yùn)行溫度、壓力變化等。 </p><p>　?。?）變化趨勢(shì)判斷。是指參數(shù)按一定趨勢(shì)逐漸變化，并在一定時(shí)間范圍內(nèi)達(dá)到正常的工作值。當(dāng)設(shè)定時(shí)間內(nèi)參數(shù)值未達(dá)到正常值或趨勢(shì)變化較慢，可判斷工藝部分有故障，報(bào)警提示。當(dāng)運(yùn)行值緩慢偏離固定值時(shí)，仍為可

17、接受的正常工作狀態(tài)，當(dāng)運(yùn)行值持續(xù)偏離固定值時(shí)，觸發(fā)預(yù)警。 </p><p>　　如泵啟動(dòng)過(guò)程中，系統(tǒng)檢測(cè)到泵的轉(zhuǎn)速提高，但出口壓力持續(xù)較低，即可判斷管線破或進(jìn)口閥門(mén)未打開(kāi)。 </p><p>　　（4）速率變化。油氣處理系統(tǒng)儲(chǔ)罐液位的變化速率可以判斷出液或進(jìn)液是否正常。以凈化油罐液位為例，預(yù)警引擎根據(jù)歷史上凈化油外輸或進(jìn)液的正常運(yùn)行速率，判斷凈化油罐液位變化是否正常范圍，若產(chǎn)生波動(dòng)報(bào)警提示

18、。同時(shí)根據(jù)速率計(jì)算到達(dá)閾值時(shí)間，提前預(yù)警。 </p><p>　?。?）狀態(tài)判斷。判斷設(shè)備或工藝是否停運(yùn)，若檢測(cè)設(shè)備為正常停運(yùn)狀態(tài)，系統(tǒng)不提示報(bào)警，僅在流程圖上顏色標(biāo)識(shí)。判斷方法為檢測(cè)同種功能設(shè)備是否有正常運(yùn)行，關(guān)聯(lián)工藝管線壓力、流量判斷等。 </p><p>　　2.4 預(yù)警響應(yīng)模塊 </p><p>　　2.4.1 自動(dòng)診斷 </p><p&

19、gt;　　預(yù)警響應(yīng)模塊在收到預(yù)警模塊產(chǎn)生的報(bào)警后，自動(dòng)根據(jù)知識(shí)庫(kù)定義的信息逐條判斷，自動(dòng)判斷是否符合，檢測(cè)完成后列出所有故障原因及解決辦法，并按歷史出現(xiàn)故障多少排序顯示。若沒(méi)有測(cè)量的數(shù)據(jù)支持判斷，將提示人工進(jìn)行判斷。 </p><p>　　2.4.2 人機(jī)界面 </p><p>　　接收預(yù)警引擎產(chǎn)生的報(bào)警，提供用戶交互的調(diào)用接口，人機(jī)界面調(diào)用該接口實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)警的確認(rèn)、修改等，由用戶界面指導(dǎo)用

20、戶交互式完成故障確認(rèn)，形成完整的預(yù)警記錄寫(xiě)入報(bào)警記錄數(shù)據(jù)庫(kù)。 </p><p><b>　　2.5 其他模塊 </b></p><p>　　權(quán)限定義模塊主要用于用戶管理、權(quán)限分配等。用戶每次對(duì)系統(tǒng)的修改、查看、回放等都要經(jīng)過(guò)權(quán)限認(rèn)證。 </p><p>　　運(yùn)行日志模塊為其他的模塊提供一個(gè)統(tǒng)一的日志記錄接口，實(shí)現(xiàn)日志的統(tǒng)一管理，維護(hù)日志文件，提

21、供日志檢索。選擇參數(shù)和對(duì)應(yīng)的時(shí)間在歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行查詢數(shù)據(jù)，將查詢出來(lái)的結(jié)果繪制成曲線顯示到窗體中，并能進(jìn)行自動(dòng)回放。 </p><p><b>　　3 應(yīng)用效果 </b></p><p>　　系統(tǒng)的應(yīng)用功能有流程監(jiān)控、預(yù)警功能、參數(shù)曲線分析、參數(shù)定義、預(yù)警信息查詢、系統(tǒng)管理等。 </p><p>　?。?）提前預(yù)警。根據(jù)規(guī)則做出判斷，最大限度

22、地彌補(bǔ)了DCS系統(tǒng)可擴(kuò)展性差的劣勢(shì)。同時(shí)減少裝置的停產(chǎn)和維修也會(huì)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)利益。 </p><p>　?。?）自動(dòng)診斷。為監(jiān)控人員提供參考方法，提供及時(shí)的故障信息、準(zhǔn)確的判斷、可靠的措施，可以最快解決故障原因，降低經(jīng)濟(jì)損失。 </p><p>　?。?）歷史回放。根據(jù)歷史曲線回放，再現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行時(shí)參數(shù)變化的趨勢(shì)，找尋規(guī)律。 </p><p>　?。?）知識(shí)庫(kù)規(guī)則化。系統(tǒng)

23、將專家經(jīng)驗(yàn)按樹(shù)型結(jié)構(gòu)組成，與當(dāng)前的生產(chǎn)參數(shù)進(jìn)行有機(jī)關(guān)聯(lián)，交互式的知識(shí)庫(kù)錄入，價(jià)值更顯著。 </p><p><b>　　4 結(jié)束語(yǔ) </b></p><p>　　通過(guò)建立知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)，將油氣處理站庫(kù)各種工藝參數(shù)關(guān)聯(lián)因素通過(guò)樹(shù)型結(jié)構(gòu)擴(kuò)展，建立合理的推理機(jī)制。通過(guò)各種計(jì)算方法判斷參數(shù)的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)提前預(yù)警，并判斷可能因素，給出解決措施。不但給監(jiān)控人員提供參考，同時(shí)可以讓管