油氣處理站庫智能預(yù)警與診斷系統(tǒng)研究與應(yīng)用

1、<p>　　油氣處理站庫智能預(yù)警與診斷系統(tǒng)研究與應(yīng)用</p><p>　　[摘 要] 采用實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，提取現(xiàn)場DCS實時數(shù)據(jù)，智能預(yù)警設(shè)備故障，幫助操作人員及時獲知潛在的故障和隱患，并能通過系統(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；知識庫 </p><p>　　doi ： 10 . 396

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

3、通常在站庫內(nèi)實習(xí)幾個月后即可上崗，當(dāng)DCS系統(tǒng)出現(xiàn)報警時，監(jiān)控人員一般只能向班長或崗位員工匯報報警信息，并不能判斷故障發(fā)生的根本原因。需要現(xiàn)場崗位員工再詢問相關(guān)數(shù)據(jù)后判斷故障點，延長故障排除時間。本系統(tǒng)根據(jù)運行趨勢、歷史運行狀態(tài)提前預(yù)警可能發(fā)生的故障，并能自動判斷故障發(fā)生的原因。 </p><p>　　面對油氣處理站庫復(fù)雜的工藝流程，各種壓力、溫度、液位等參數(shù)，只有經(jīng)驗豐富的員工才能對參數(shù)故障快速反應(yīng)?；趯崟r數(shù)

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

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)歷史運行趨勢，持續(xù)發(fā)生變化時提前預(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)驗為新員工服務(wù)。 </p><p>　　1.1.2 自動診斷 </p><p>　　報警發(fā)生時，系統(tǒng)自動判斷相關(guān)聯(lián)的參數(shù)值，通過設(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 歷史回放及運行指標 </p><p>　　系統(tǒng)記錄各參數(shù)點的所有歷史信息，能根據(jù)時間軸查看，或設(shè)定時間段自動回放。同時分析各設(shè)備的運行曲線，判斷工藝運行狀況，找出經(jīng)常出現(xiàn)報警的點，根據(jù)原因進行優(yōu)化，保障系統(tǒng)平穩(wěn)運行。 </p><p>　　1.1.4 交互式知識庫（經(jīng)驗庫） </p><p>

7、;　　系統(tǒng)可以通過交互式的界面充實知識庫。當(dāng)出現(xiàn)DCS系統(tǒng)出現(xiàn)報警，系統(tǒng)從知識庫中檢索相關(guān)信息，并自動判斷故障因，若無相關(guān)解決辦法時，可由技術(shù)人員進行補充。 </p><p>　　1.1.5 信息推送 </p><p>　　網(wǎng)頁瀏覽和信息推送的方式，便于站內(nèi)領(lǐng)導(dǎo)隨時掌握站內(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在操作員站上安裝雙網(wǎng)卡，一塊網(wǎng)卡與現(xiàn)場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)的實時數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)交換。 </p><p>　　軟件方面，實時數(shù)據(jù)庫與DCS之間通過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)場過程控制（DCS）應(yīng)用建立了橋梁。OPC為數(shù)據(jù)交換提供了開放的標準接口。預(yù)警系統(tǒng)通過實時數(shù)據(jù)庫的API調(diào)用實時數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)。 </p><p>　　1.2.2 數(shù)據(jù)傳輸 </p><p>　　實時數(shù)據(jù)庫是預(yù)警系統(tǒng)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)的來源，實時數(shù)據(jù)庫從DCS獲取生產(chǎn)裝置的實時數(shù)據(jù)，并進行存儲，每個數(shù)據(jù)具有數(shù)值、時間、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)場儀表的當(dāng)前值，存入實時數(shù)據(jù)庫中。系統(tǒng)讀取實時數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)并展示在工藝流程上，實現(xiàn)遠程監(jiān)視。系統(tǒng)產(chǎn)生的預(yù)警狀態(tài)存入實時數(shù)據(jù)庫中，并通過檢索知識庫中相關(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，便于后期的查詢。 </p><p><b>　　2 功能設(shè)計 </b></p><p>　　系統(tǒng)按功能可分為實時數(shù)據(jù)庫封裝模塊

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，并且通過實時數(shù)據(jù)庫接口模塊獲取生產(chǎn)數(shù)據(jù)，在線監(jiān)測預(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 實時數(shù)據(jù)庫接口模塊 </p><p>　　為了使

12、本系統(tǒng)可以有更好的擴展性，對實時數(shù)據(jù)庫接口的封裝，若使用其他實時數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品，只需要重新構(gòu)建本模塊即可支持預(yù)警系統(tǒng)運行，同時該模塊可以實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)庫調(diào)用接口的對象化。 </p><p>　　2.2 預(yù)警模型定義模塊 </p><p>　　本模塊實現(xiàn)定義和維護知識庫功能。知識庫的組織和豐富程度決定了預(yù)警系統(tǒng)的判斷準確性，實現(xiàn)預(yù)警知識庫的在線維護、存儲、在線查詢等功能，并提供給其他模塊調(diào)用。 &

13、lt;/p><p>　　知識庫采用多叉樹的表述方式，知識庫數(shù)的深度和廣度都會在后期應(yīng)用中補充，從樹根到樹葉每層的節(jié)點都對應(yīng)一到多個子節(jié)點，每個節(jié)點都可在后期進行修改。系統(tǒng)推理機的推理過程，即為對知識樹的遍歷問題。 </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、消防等多個工藝流程組成百萬噸原油處理能力為每年120萬噸的集輸站庫。工藝流程上每個設(shè)備對應(yīng)多個參數(shù)，一個參

14、數(shù)對應(yīng)高報、低報等多種報警狀態(tài)，一種報警狀態(tài)可能由多種原因?qū)е?。知識庫對每種故障原因進行分析，盡可能尋找關(guān)聯(lián)參數(shù)，分析報警可能的原因，根據(jù)判斷依據(jù)自動排除無關(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)警模塊是對預(yù)警定義的參數(shù)進行掃描，根據(jù)定義從實時數(shù)據(jù)庫獲得數(shù)據(jù)，計算判定條件，如果發(fā)現(xiàn)條件滿足，則產(chǎn)生預(yù)警。在運行過程中，如果收到預(yù)警定義模塊

15、的知識庫修改消息，則根據(jù)消息更新部分或全部的預(yù)警信息，然后繼續(xù)進行預(yù)警監(jiān)測。 </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、變化趨勢等。 </p><p>　?。?）排除無效波動。根據(jù)歷史運行曲線，排除參數(shù)因外界干擾，出現(xiàn)個別數(shù)值，或短時間內(nèi)（如1分鐘以內(nèi)）的大幅跳動。因為該值出現(xiàn)了顯著誤差，并沒有反映真實情況，系統(tǒng)結(jié)合歷史曲線判斷，數(shù)據(jù)可信度低，此時不報警。若

16、持續(xù)出現(xiàn)波動，即該測量值包含故障信息。 　?。?）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，對監(jiān)測對象進行斜率計算，判定變化率是否滿足生產(chǎn)需要，如液位上漲的速度、運行溫度、壓力變化等。 </p><p>　?。?）變化趨勢判斷。是指參數(shù)按一定趨勢逐漸變化，并在一定時間范圍內(nèi)達到正常的工作值。當(dāng)設(shè)定時間內(nèi)參數(shù)值未達到正常值或趨勢變化較慢，可判斷工藝部分有故障，報警提示。當(dāng)運行值緩慢偏離固定值時，仍為可

17、接受的正常工作狀態(tài)，當(dāng)運行值持續(xù)偏離固定值時，觸發(fā)預(yù)警。 </p><p>　　如泵啟動過程中，系統(tǒng)檢測到泵的轉(zhuǎn)速提高，但出口壓力持續(xù)較低，即可判斷管線破或進口閥門未打開。 </p><p>　?。?）速率變化。油氣處理系統(tǒng)儲罐液位的變化速率可以判斷出液或進液是否正常。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液的正常運行速率，判斷凈化油罐液位變化是否正常范圍，若產(chǎn)生波動報警提示

18、。同時根據(jù)速率計算到達閾值時間，提前預(yù)警。 </p><p>　?。?）狀態(tài)判斷。判斷設(shè)備或工藝是否停運，若檢測設(shè)備為正常停運狀態(tài)，系統(tǒng)不提示報警，僅在流程圖上顏色標識。判斷方法為檢測同種功能設(shè)備是否有正常運行，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)生的報警后，自動根據(jù)知識庫定義的信息逐條判斷，自動判斷是否符合，檢測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。若沒有測量的數(shù)據(jù)支持判斷，將提示人工進行判斷。 </p><p>　　2.4.2 人機界面 </p><p>　　接收預(yù)警引擎產(chǎn)生的報警，提供用戶交互的調(diào)用接口，人機界面調(diào)用該接口實現(xiàn)對預(yù)警的確認、修改等，由用戶界面指導(dǎo)用

20、戶交互式完成故障確認，形成完整的預(yù)警記錄寫入報警記錄數(shù)據(jù)庫。 </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。用戶每次對系統(tǒng)的修改、查看、回放等都要經(jīng)過權(quán)限認證。 </p><p>　　運行日志模塊為其他的模塊提供一個統(tǒng)一的日志記錄接口，實現(xiàn)日志的統(tǒng)一管理，維護日志文件，提

21、供日志檢索。選擇參數(shù)和對應(yīng)的時間在歷史數(shù)據(jù)庫中進行查詢數(shù)據(jù)，將查詢出來的結(jié)果繪制成曲線顯示到窗體中，并能進行自動回放。 </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、地彌補了DCS系統(tǒng)可擴展性差的劣勢。同時減少裝置的停產(chǎn)和維修也會帶來經(jīng)濟利益。 </p><p>　?。?）自動診斷。為監(jiān)控人員提供參考方法，提供及時的故障信息、準確的判斷、可靠的措施，可以最快解決故障原因，降低經(jīng)濟損失。 </p><p>　?。?）歷史回放。根據(jù)歷史曲線回放，再現(xiàn)設(shè)備運行時參數(shù)變化的趨勢，找尋規(guī)律。 </p><p>　　（4）知識庫規(guī)則化。系統(tǒng)

23、將專家經(jīng)驗按樹型結(jié)構(gòu)組成，與當(dāng)前的生產(chǎn)參數(shù)進行有機關(guān)聯(lián)，交互式的知識庫錄入，價值更顯著。 </p><p><b>　　4 結(jié)束語 </b></p><p>　　通過建立知識庫系統(tǒng)，將油氣處理站庫各種工藝參數(shù)關(guān)聯(lián)因素通過樹型結(jié)構(gòu)擴展，建立合理的推理機制。通過各種計算方法判斷參數(shù)的運行狀態(tài)，實現(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，同時可以讓管