CN102830662B - 一种流程工业管网系统的监控系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种流程工业管网系统的监控系统和方法，包括人机接口模块、关系数据库、实时数据库、工况判断模块。能够自动检测管网系统的异常事件、工况状态等工况运行信息，为监控人员提供现场参数监控、能源参数监控、管网运行状态判断等功能，可用于辅助管网系统的调度，为监控、调度人员实现运行和/或调度的及时性、经济性和安全性提供技术保障。

Description

一种流程工业管网系统的监控系统和方法

技术领域

本发明涉及流程工业管网系统的监控系统和方法，特别涉及流程工业蒸汽系统的监控系统和方法。

背景技术

流程工业中广泛使用的各种能源介质，比如水、蒸汽、钢铁企业的煤气、化工企业的瓦斯气等，都通过管网进行传输，并且在管网上都会连接相应的设备，这些设备负责生产、消耗、转化所传输的能源介质或对其进行其他各类处理操作。可以将能源介质的传输管网和管网上连接的各种设备称为管网系统，如公用工程中的蒸汽系统等。管网系统的共同特点是管网比较复杂，设备类型和数量较多，现场生产参数多，人工直接监控的难度大。下面简单介绍几种典型的介质及其相应的管网和设备。

蒸汽是化工、冶金等流程工业重要的能源介质，蒸汽通过燃料(比如煤、天然气、燃油等)燃烧放热产生，蒸汽可作为换热或工艺生产介质，也可以驱动发电机发电或驱动其他设备做功。

下面以蒸汽系统为例介绍管网系统的复杂性。蒸汽系统是企业公用工程的一部分，它由蒸汽管网和蒸汽设备组成，为企业的生产提供各压力等级的蒸汽，图1给出了一个简化的蒸汽系统的示意图。根据蒸汽管网中蒸汽压力和温度可以把蒸汽管网分为不同的压力等级，图1中的蒸汽系统包含三级蒸汽管网：高压蒸汽管网(10.0MPa，530℃)、中压蒸汽管网(3.8MPa，400℃)和低压蒸汽管网(0.5MPa，190℃)。蒸汽设备包括通用蒸汽设备和产耗蒸汽工艺设备。产耗蒸汽工艺设备包括消耗蒸汽工艺设备(如图1中工艺设备1、2和4)和副产蒸汽工艺设备(如图1中工艺设备3和5)。蒸汽管网上的通用蒸汽设备包括锅炉、透平、减温减压站、放空阀等。锅炉为产汽设备，不同锅炉的热效率是不一样的，同一台锅炉在不同负荷下热效率也是不一样的。图1中给出了两台生产高压蒸汽的锅炉：A锅炉和B锅炉。透平为耗汽做功设备，进入透平的蒸汽做功发电或驱动压缩机等工艺设备。抽汽式透平中的部分蒸汽做功后从透平中间级抽出，并入低能级的蒸汽管网。透平的排汽类型分为两种：背压式和凝汽式。背压式透平排出的蒸汽并入低能级的蒸汽管网继续使用；凝汽式透平也叫冷凝式透平，其排出的蒸汽冷凝后循环使用。对于抽凝式的发电透平，透平的总进汽量、抽汽量可根据需要进行调节，发电机的发电量也随之变化。图1中1#透平为二次抽汽冷凝式透平，驱动发电机发电，一次抽汽并入中压蒸汽管网，二次抽汽并入低压蒸汽管网，冷凝水进入冷凝水管道；2#透平为一次抽汽冷凝式透平，驱动发电机发电，一次抽汽并入中压蒸汽管道；3#透平为凝汽式，驱动压缩机做功；4#透平为一次抽汽冷凝式，驱动压缩机做功，一次抽汽并入低压蒸汽管网。减温减压站是蒸汽能级转换设备，它安装在不同能级管网之间，把高能级的蒸汽减温减压为低能级的蒸汽，图1中的1#减温减压站的作用是把高压蒸汽减温减压为中压蒸汽；2#减温减压站的作用是把中压蒸汽减温减压为低压蒸汽。减温减压过程降低了蒸汽的做功能力，应尽量减少减温减压量以减少能源消耗。放空阀把管网中的蒸汽直接排放到大气中，是蒸汽管网的压力调节设备，图1中的1#放空阀用来调节中压蒸汽管网压力，2#放空阀用来调节低压蒸汽管网压力，应尽量减少放空量以减少能源消耗。

水也是流程行业常用的能源介质，根据水的用途可分为脱盐水、冷凝水、消防水和生活水等几种类型。其中脱盐水是原水经过处理后用于生产蒸汽的，其管网上连接的设备包括加压泵、锅炉、透平凝汽器、除氧器、换热器和水处理装置等。加压泵给管网中的脱盐水加压，使得脱盐水能够在管网中流动；锅炉给脱盐水加热使其成为蒸汽；透平凝汽器使得透平排出的蒸汽冷凝为液体循环使用；除氧器通过给脱盐水中通入蒸汽降低脱盐水的氧含量；换热器的作用是给脱盐水加热或回收冷凝水(可作为脱盐水使用)的余热；水处理装置主要对原水和回收的脱盐水进行生化处理，使其满足脱盐水的要求。

钢铁企业的煤气是一种重要的二次能源介质，可分为焦炉煤气、高炉煤气和转炉煤气三大类，这三类煤气可单独传输和使用，也可以混合后传输和使用。其中焦炉煤气是热值最高的煤气类型，其管网上的设备包括：焦炉、鼓风机、气柜、加压站和各类用户。焦炉是生产焦炉煤气的单元，焦炉本身还需要一部分焦炉煤气进行焦炉的加热；鼓风机是作用是抽出焦炉碳化室的煤气，使其流向净化工序；气柜是焦炉煤气的缓存单元，也起到稳定焦炉煤气管网压力的作用；加压站是煤气的加压设备，是煤气传输的动力源；常见的焦炉煤气用户包括燃气锅炉、烧结机等。

目前在各类能源介质的管网系统的监控过程中，通常存在两类问题：1、流程工业管网系统的各种设备数量多、管网复杂，需要监控的参数量很大，仅靠人工直接监控为主的监控方式很难及时、准确的发现问题、解决问题，从而很难进行正确的调度。2、主要靠人工监控、以仪表辅助的监控方法涉及的大量参数和大量相关仪表，工作量大，且监控人员只能看到参数值和参数的变化，而很难及时、正确地了解参数产生或变化的原因，从而很难及时发现问题，可能造成不必要的经济损失，甚至可能产生严重的安全事故。

发明内容

本发明提供了一种用于各种能源介质(包括蒸汽、煤气、瓦斯气、水等)的管网系统的监控系统和方法，能够自动检测管网系统的异常事件、工况状态等工况运行信息，为监控人员提供现场参数监控、能源参数监控、管网运行状态判断等功能。

一种流程工业管网系统的监控系统，包含人机接口模块、关系数据库、实时数据库、工况判断模块，各部分功能如下：

工况判断模块与实时数据库、关系数据库、人机接口模块连接，用以执行异常事件判断机制、和/或判断工况状态；所述工况状态包括平稳工况，异常工况和过渡工况；所述异常工况是指管网系统中发生至少一个异常事件的工况状态；所述平稳工况是指管网系统中所有的管网参数和设备参数及其变化量在其各自的表征平稳工况的阈值范围内、且其上一次由异常事件判断机制判断的工况不为异常工况的工况状态；所述过渡工况是指管网系统由异常工况经调度后达到完全平稳前的趋于稳定的工况状态；所述异常事件是指影响管网系统平稳运行的事件，包括管网系统参数发生异常，和/或涉及管网系统多个参数的事件发生异常；所述管网系统参数包括管网参数和管网上所连设备的参数；所述异常事件判断机制是指工况判断模块按照设定的异常事件顺序和异常事件判断规则依次检测管网系统中各所述异常事件是否发生，并将工况状态记录在工况状态位的机制；所述工况状态位用以表征管网系统的工况状态；所述异常事件判断规则包括判断实时数据是否符合相应的管网系统参数发生异常的条件和/或涉及管网系统多个参数的事件发生异常的条件；

人机接口模块与实时数据库、关系数据库、工况判断模块连接，用以查看实时数据库的数据，向关系数据库配置和/或修改参数，查看、设定异常事件判断机制和向工况判断模块发出执行异常事件判断机制指令；所述参数包括管网系统参数及其阈值范围、异常事件的判断规则；

实时数据库分别与人机接口模块、工况判断模块和管网系统实际生产数据相连接，存储管网系统的实际生产数据和/或工况状态位；根据上述各模块的要求提供实时数据和/或工况状态位；

关系数据库与人机接口模块、工况判断模块连接，存储由人机接口模块配置和/或修改的参数，并向工况判断模块提供所述参数。

在实时数据库中还存储了用于在执行异常事件判断机制之后记录所发生的异常事件的异常事件列表；所述异常事件顺序由存储于关系数据库中的异常事件配置表表征；所述异常事件判断机制调用所述异常事件配置表并按照所述异常事件判断规则依次检测管网系统中的各异常事件是否发生；所述管网系统参数发生异常包括管网系统参数和/或其变化量在其各自的表征平稳工况的阈值范围之外；所述涉及管网系统多个参数的事件由管网系统参数之间的逻辑和/或数学表达式表达或由人工设定；和/或所述异常事件的判断规则包括判断表达式。

所述的监控系统，还可以包括历史数据库，所述历史数据库与人机接口模块和实时数据库连接，按照设定周期将实时数据库的数据存储在历史数据库中，以便人机接口模块查询历史数据。

所述的监控系统，还可以包括调度系统，所述调度系统与工况判断模块连接，在所述工况状态位表征为异常工况时对蒸汽系统进行调度或给出调度方案，并在调度完成后向工况判断模块反馈调度信息，所述调度信息包括表征调度完成的信息。

所述的监控系统，还可以包括能量计算模块，所述能量计算模块与关系数据库、实时数据库连接，调用关系数据库中的相关参数对管网和/或管网设备的能量参数进行计算，并将能量计算结果存储于关系数据库。

所述的监控系统，还可以包括优化模型构建模块和优化模型计算模块，所述优化模型构建模块与工况判断模块，优化模型计算模块连接，用以构建优化模型；所述优化模型计算模块根据优化模型构建模块构建的优化模型计算优化方案，并将优化方案发送到人机接口模块和/或存储到关系数据库。

所述的监控系统，还可以包括预测模型模块，所述预测模型模块与实时数据库、关系数据库、优化模型构建模块连接，获取实时数据库中的数据和关系数据库中的预测模型，预测能源介质的产耗量，并将预测结果存储于关系数据库，供优化模型构建模块使用。

所述预测模型模块可以包括自校正模块，所述预测模型自校正模块在预测模型偏离实际值和/或计算值时、或偏离实际值和/或计算值一定范围之外时对预测模型进行自校正，并更新所述预测模型参数；如果校正后的模型预测结果优于现有预测模型，则自校正得到的模型参数替代原来的模型参数。

所述监控系统还可以包括报表模块，记录所述监控系统的过程数据和/或最终数据和/或设备状态变化情况、发生的异常事件，和/或参数和/或参数变化和/或各种结论性结果，所述报表存储在关系数据库和/或显示在人机接口模块；所述报表模块按照设定的周期生成蒸汽系统运行报表，并把报表保存到实时数据库或历史数据库中供查询使用。

一种流程工业蒸汽系统的监控系统，其特征在于，所述流程工业蒸汽系统的监控系统是上述之一的流程工业管网系统的监控系统。

一种流程工业蒸汽系统，其特征在于，所述流程工业蒸汽系统包括如上所述的流程工业蒸汽系统的监控系统。

一种基于上述的流程工业管网系统的监控系统的监控方法，包括如下步骤：

1)配置参数；预设工况状态位为平稳工况；设定管网系统的异常事件判断机制、异常事件判断规则；所述工况状态位表征管网系统的工况状态，所述工况状态包括平稳工况，异常工况和过渡工况；所述异常工况是指管网系统中发生至少一个异常事件的工况状态；所述平稳工况是指管网系统中所有的管网参数和设备参数及其变化量在其各自的表征平稳工况的阈值范围内、且其上一次由异常事件判断机制判断的工况不为异常工况的工况状态；所述过渡工况是指管网系统中所有的管网参数和设备参数及其变化量在其各自的表征平稳工况的阈值范围内、但其上一次由异常事件判断机制判断的工况为异常工况的工况状态；所述异常事件是指影响管网系统平稳运行的事件，包括管网系统参数发生异常，和/或涉及管网系统多个参数的事件发生异常；所述管网系统参数包括管网参数和管网上所连设备的参数；所述异常事件判断机制是指工况判断模块按照设定的异常事件顺序和异常事件判断规则依次检测管网系统中所有所述异常事件是否发生，并将工况状态记录在工况状态位的机制；所述工况状态位用以表征管网系统的工况状态；所述异常事件判断规则包括判断实时数据是否符合相应的管网系统参数发生异常的条件和/或涉及管网系统多个参数的事件发生异常的条件；设定参数；所述参数包括管网系统参数阈值范围和异常事件的判断规则；

2)获取蒸汽系统实际生产中的实时数据；

3)执行异常事件判断机制，依照异常事件顺序和异常事件判断规则判断蒸汽系统所有管网和/或设备是否发生异常工况；当判断任意一个异常事件发生时，将工况状态位设定为异常工况，并通知调度人员和/或调度系统；然后按照所述异常事件顺序继续判断下一异常事件是否发生，在发生异常事件时判断该异常事件是否之前检测到的异常事件，若不是则标记为新异常事件，并记录，和/或通知调度人员和/或调度系统；直到判断完所述异常事件顺序中的所有异常事件；在调度人员手动和/或根据调度系统的调度方案完成所有发生的异常事件的调度后，将工况状态位设为过渡工况；若再没有检测到异常事件的发生，则返回步骤2)；若管网系统未发生异常事件，则进入步骤4)；

4)读取根据权利要求1至11之一所述的监控系统的工况状态位，若所述工况状态位不是过渡工况时返回步骤2)；若所述工况状态位为过渡工况时，进入步骤5)；

5)判断管网系统的实际工况状态是否为平稳工况，若是平稳工况则进入步骤6)，否则返回步骤2)；

6)工况状态位设定为平稳工况；

7)输出和/或存储工况状态位。

上述的监控方法中，在步骤1)中还可以设定异常事件列表，用于在执行异常事件判断机制之后记录所发生的异常事件；设定的所述异常事件顺序由异常事件配置表表征；所述管网系统参数发生异常包括管网系统参数和/或其变化量在其各自的表征平稳工况的阈值范围之外；所述涉及管网系统多个参数的事件由管网系统参数之间的逻辑和/或数学表达式表达或由人工设定；所述异常事件的判断规则包括判断表达式。在步骤3)中，还可以包括：所述异常事件判断机制调用所述异常事件配置表并按照所述异常事件的判断规则依次检测管网系统中的所有异常事件是否发生；并将发生的异常事件记录在所述异常事件列表中。

上述的监控方法，还可以按照设定周期将实时数据库的数据存储在历史数据库中，以便查询。

上述的监控方法，在步骤1)还可以包括建立构建优化模型的机制；在步骤7)之前还可以包括步骤6c)：通过构建优化模型的机制构建优化模型，并进行优化计算，得出优化方案。

上述的监控方法，在步骤1)中可以预设用于预测能源介质产耗量的预测模型；在步骤6)之后还有步骤6a)：调用预测模型，预测能源介质的产耗量。

上述的监控方法，在步骤1)可以设置预测模型的自校正机制；在步骤6a)之后还可以有步骤6b)：在预测模型偏离实际值和/或计算值一定范围之外时通过所述自校正机制对预测模型进行自校正，并更新所述预测模型参数。

上述的监控方法，在步骤1)还可以设置能量计算机制；在步骤7)之前还可以有步骤6d)：通过所述能量计算机制计算管网和/或管网设备的能量参数。

上述的监控方法，在步骤1)中可以设置报表结构；在步骤7)之前还可以包括步骤6e)：将所述监控系统的过程数据和/或最终数据和/或设备状态变化情况、发生的异常事件，和/或参数和/或参数变化和/或各种结论性结果存储在报表中，存储和/或显示给相关人员。

本发明的技术效果

本发明流程工业管网系统的监控系统和方法，能够自动检测管网系统的异常事件、工况状态等工况运行信息，为监控人员提供现场参数监控、能源参数监控、管网运行状态判断等功能，可用于辅助管网系统的调度，为监控、调度人员实现运行和/或调度的及时性、经济性和安全性提供技术保障。

本发明进一步的方案还包括将实时数据按照设定周期归为历史数据，便于查询。

本发明进一步的方案在发生异常工况时实时启动调度系统，能够及时、准确的辅助调度人员对异常工况进行调度。

本发明进一步的方案给出了管网设备能量参数的计算方法，实时计算所需的蒸汽管道和蒸汽设备的能量参数，并把能量参数实时显示给用户。

本发明进一步的方案与优化模型构建模块和优化模型计算模块连接，使得平稳工况下可以进行优化计算，给出优化方案，增加了监控系统的实用价值。

本发明进一步的方案能够预测能源介质的产耗量，在计量仪表不全的情况下依然能够为构建优化模型提供全部数据，给出精确量化的优化方案。

本发明进一步的方案对预测模型提供了一种自校正模块或自校正机制，在预测模型发生明显偏差时对预测模型进行自校正，保证了数据的可靠有效。

本发明进一步的方案提供了报表，记录了过程数据和最终数据以及与工况判断有关的所有信息，帮助用户全面、及时、准确的了解工况判断全过程。

本发明的流程工业蒸汽系统的监控系统是上述的流程工业管网系统的监控系统，因此自然也具有所述流程工业管网系统的监控系统的上述技术效果。

本发明的流程工业蒸汽系统包括所述的流程工业蒸汽系统的监控系统，因此自然也具有所述监控系统的上述技术效果。

附图说明

图1是蒸汽系统示意图。

图2a是管网系统的监控系统的一个具体实施方式的结构框图。

图2b是管网系统的监控系统的一个具体实施方式的结构框图。

图3a是平稳工况判断方法示意图。

图3b是监控系统的功能框图。

图4a是监控方法流程图的一个具体实施方式。

图4b是异常事件判断机制示意图。

图4c是监控方法流程图的一个具体实施方式。

图4d是监控方法流程图的一个具体实施方式。

具体实施方式

下面结合附图对具体实施方式进行详细说明。

图2a和图2b是监控系统的结构框图，从图2a和图2b可以看出各模块之间的连接关系。

本发明提供了一种用于各种能源介质(包括蒸汽、煤气、瓦斯气、水等)的管网系统的监控系统和方法，能够自动检测管网系统的异常事件、工况状态等工况运行信息，为监控人员提供现场参数监控、能源参数监控、管网运行状态判断等功能，实现管网系统的监控数据处理，并把得到的结果显示给监控人员和调度人员，以提高调度的及时性和准确性。

本发明包含人机接口模块、关系数据库、实时数据库、工况判断模块，还可以根据情况选择性的加入能量计算模块、优化模型构建模块和优化模型计算模块、用于能源介质产耗量预测的预测模型模块、模型自校正模块和报表模块，各部分功能如下：

人机接口模块与实时数据库、关系数据库、工况判断模块连接，用以查看实时数据库的数据(比如DCS实时数据和历史数据)，向关系数据库配置和/或修改参数，查看、设定和向工况判断模块发出执行异常事件判断机制指令；所述参数包括管网系统参数及其阈值范围、异常事件的判断规则等。还可以通过人机接口模块配置管网和设备信息、异常事件及其判断机制，能量计算模型、能源介质产耗量的预测模型参数、模型自校正参数等。当然还可以具有更多功能，比如在具有优化模型构建模块和优化模型计算模块时，人机接口模块可以录入或显示优化方案等。

以蒸汽系统为例，描述通过人机接口模块配置的参数，包括蒸汽管网和蒸汽设备信息、异常事件及其判断机制(包括异常工况判断条件、平稳工况判断条件)、能量计算模型、蒸汽产耗量预测模型参数、模型自校正参数等。具体配置内容示例如下：

1，管网配置

配置蒸汽各能级管网，配置的内容包括：管网名称、管网蒸汽温度、管网蒸汽压力。

2，蒸汽设备配置

需要配置常见设备和工艺产耗汽设备。常见的蒸汽设备包括锅炉、透平、减温减压站和放空阀。

锅炉的属性包括：

属性名称	说明
		所属管网
锅炉运行方式	是否参与负荷调节
		负荷下限
负荷上限
		计量仪表位号
负荷效率模型参数
		当前运行状态	可设定为：运行、备用、维修
锅炉目标状态	可设定为：状态不变；状态可变

透平的属性包括：

减温减压站的属性包括：

属性名称	说明
		一级蒸汽所属管网
一级蒸汽计量仪表位号	压力仪表
		二级蒸汽计量仪表位号	温度仪表、流量仪表
减温水仪表位号
		一级蒸汽流量下限
一级蒸汽流量上限
		设备状态	运行、未运行

放空阀的属性包括：

属性名称	说明
		所属管网
管网压力仪表位号
		最大放空量	设计值
设备状态	运行、未运行

工艺产耗汽设备属性包括：

3，蒸汽产耗量预测模型

根据生产工艺和生产数据确定蒸汽产耗量的模型结构以及模型参数，初始的模型参数需要人工确定。

属性名称	说明
		蒸汽设备名称
模型类型	可选项：线性模型；非线性模型
		产汽/耗汽	可选项：产汽；耗汽
模型修正方法	可选项：自动修正；人工修正
		线性模型参数	可以是多个参数
非线性模型名称	外部函数

预测模型变量信息表

属性名称	说明
		蒸汽设备编号
变量位号

输入/输出

可选项：输入变量；输出变量

4，模型自校正信息配置

模型自校正信息表

属性名称	说明
		蒸汽设备编号
模型预测误差阈值
		模型验证周期
辨识数据长度

5，平稳工况判断信息配置

配置平稳工况判断所需的参数以及判断阈值。平稳工况判断的数据包括：表征整个工艺流程生产负荷的工艺参数、各级蒸汽管网主要工艺单元产耗蒸汽流量和各级蒸汽管网压力。

平稳工况判断信息表

属性名称	说明
		参数名称
数据长度
		判断阈值

6，异常事件信息配置

异常事件配置与判断是进行蒸汽系统动态调度的基础。

异常事件信息表

属性名称	说明
		事件名称
判断参数	可以是多个参数
		判断表达式	逻辑表达式

工况判断模块与实时数据库、关系数据库、人机接口模块连接，用以执行异常事件判断机制、和/或判断工况状态；所述工况状态包括平稳工况，异常工况和过渡工况；所述异常工况是指管网系统中发生至少一个异常事件的工况状态；所述平稳工况是指管网系统中所有的管网参数和设备参数及其变化量在其各自的表征平稳工况的阈值范围内、且其上一次由异常事件判断机制判断的工况不为异常工况的工况状态；所述过渡工况是指管网系统中所有的管网参数和设备参数及其变化量在其各自的表征平稳工况的阈值范围内、但其上一次由异常事件判断机制判断的工况为异常工况的工况状态，即管网系统由异常工况经调度后达到完全平稳前的趋于稳定的工况状态；所述异常事件是指影响管网系统平稳运行的事件，包括管网系统参数发生异常，和/或涉及管网系统多个参数的事件发生异常；所述管网系统参数包括管网参数和管网上所连设备的参数；所述异常事件判断机制是指工况判断模块按照设定的异常事件顺序和异常事件判断规则依次检测管网系统中所有所述异常事件是否发生，并将工况状态记录在工况状态位的机制，可以包括异常工况判断条件、平稳工况判断条件，当然也可以包括过渡工况判断条件，但由于过渡工况的判断可以根据异常工况判断条件和平稳工况判断条件来确定，因此并非必需的。所述工况状态位用以表征管网系统的工况状态；所述异常事件判断规则包括判断实时数据是否符合相应的管网系统参数发生异常的条件和/或涉及管网系统多个参数的事件发生异常的条件。

如果根据所配置的异常事件判断机制检测到异常事件，则判断管网系统处于异常工况；如果管网系统处于过渡工况，则可以进一步判断管网系统是否处于平稳工况。

(A)工况转换条件：系统运行后，系统根据异常工况判断条件实时检测异常事件，当检测到任意一个异常事件后，则工况状态定义为异常工况；调度人员根据检测到的异常事件进行调度处理，人工确认处理完成后，当前工况状态设定为过渡工况，同时启动平稳工况判断功能，如果满足平稳工况的条件，则工况状态转入平稳工况。

(B)异常工况判断条件

根据参数配置模块中异常事件信息进行异常工况判断。任意一个异常事件发生后，运行工况都设定为异常工况。对于涉及管网系统多个参数的事件发生异常的情况，可以由以下示例得到解决：假设在某异常事件X的判断参数包括A、B和C三个参数，判断表达式为“A＞K_A或B＞K_B或C＜K_C”，其中K_A、K_B和K_C为常数。如果判断表达式中任意一项成立，则判断表达式为真，那么判断异常事件X发生，工况判定为异常工况。

(C)平稳工况判断条件

根据平稳工况判断信息进行平稳工况判断。平稳工况按照设定的周期进行，从本周期开始到结束需要保存所有判断参数的历史数据，在本周期结束时刻计算每个参数的本周期的平均值，如果任意一个判断参数本周期的历史参数与其平均值的差大于设定的阈值(即表征平稳工况的阈值范围)，那么判断当前工况不满足平稳工况条件。那么进入下一周期继续判断，具体实现方式如图3a所示。用于平稳工况判断的参数可以包括蒸汽系统的参数和主要生产负荷参数。

作为对本发明的说明，在实际生产中，可以通过PLC(可编程控制器)设置工况判断模块的功能以及工况判断模块与其它模块的连接，比如通过PLC的I/O模块采集现场数据，在PLC中执行工况判断模块的功能，以PLC的输出结果存储在工况状态位。将PLC连接其它模块或系统，比如调度系统和/或能量计算模块和/或优化模型构建模块和/或预测模型模块，通过工况状态位触发相应的与PLC连接的模块或系统实现本发明的功能。当然也可以通过其它方式实现工况判断模块的上述功能，比如多个简单功能模块的有序连接，或通过可编程的硬件系统都能实现工况判断模块的功能。

实时数据库分别与人机接口模块、工况判断模块和管网系统实际生产数据相连接，存储管网系统的实际生产数据(比如通过OPC方式读取DCS数据等)和/或工况状态位；根据上述各模块的要求提供实时数据和/或工况状态位。在实时数据库中还可以存储了用于在执行异常事件判断机制之后记录所发生的异常事件的异常事件列表(或称异常事件记录表)；所述异常事件顺序由存储于关系数据库中的异常事件配置表表征；所述异常事件判断机制调用所述异常事件配置表并按照所述异常事件的判断规则依次检测管网系统中的所有异常事件是否发生；所述管网系统参数发生异常包括管网系统参数和/或其变化量在其各自的表征平稳工况的阈值范围之外；所述涉及管网系统多个参数的事件由管网系统参数之间的逻辑和/或数学表达式表达或由人工设定；所述异常事件的判断规则包括判断表达式。

关系数据库与人机接口模块、工况判断模块连接，存储由人机接口模块配置和/或修改的参数，并向工况判断模块提供所述参数。还可以包括工况判断模块输出的工况信息、能量计算模块输出的能量参数、报表模块输出的报表、能源介质产耗量的预测模型的预测结果和模型自校正更新的模型参数等。

进一步的方案还可以包括历史数据库，所述历史数据库与人机接口模块和实时数据库连接，按照设定周期将实时数据库的数据存储在历史数据库中，以便人机接口模块查询历史数据。

进一步的方案还可以包括调度系统，所述调度系统与工况判断模块连接，在所述工况状态位表征为异常工况时对蒸汽系统进行调度或给出调度方案，并在调度完成后向工况判断模块反馈调度信息，所述调度信息包括表征调度完成的信息。

进一步的方案还可以包括能量计算模块，所述能量计算模块与关系数据库、实时数据库连接，调用关系数据库中的相关参数对管网和/或管网设备的能量参数进行计算，并将能量计算结果存储于关系数据库。比如，若所述管网系统为蒸汽系统，则能量计算模块可以实现蒸汽管道、蒸汽透平和减温减压站的能量参数计算。本发明的管网系统监控系统能够通过能量计算模块实时计算所需的蒸汽管道和蒸汽设备的能量参数，并把计算结果显示给用户。

以蒸汽系统为例，对能量计算模块做如下说明。能量计算模块用于实现蒸汽管道、透平和减温减压站的能量参数计算。

1)蒸汽管道

对象属性：

物流方向	介质名称	仪表
			输入	过热蒸汽	温度、压力、流量仪表
输出	过热蒸汽	温度、压力、流量仪表

计算结果：

名称	数值	单位
			热量损失	入焓-出焓	kJ

焓值＝比焓×流量

蒸汽的比焓值可以根据蒸汽温度和压力参数通过查询数据库中的表格得到。

2)蒸汽透平

对象属性：

计算结果：

其中的等熵效率需要用户输入，其他参数可自动计算。的计算公式如下：

E＝H-[H₀+T₀(S-S₀)]

其中E为H为总能量，H₀为基准态下的总能量，T₀为基准态温度，S为熵，S₀为基准态熵。

3)减温减压站

对象属性：

计算结果：

其中的等熵消息需要用户输入，其他参数可自动计算。的计算公式如下：

E＝H-[H₀+T₀(S-S₀)]

其中E为H为总能量，H₀为基准态下的总能量，T₀为基准态温度，S为熵，S₀为基准态熵。

进一步的方案还可以包括优化模型构建模块和优化模型计算模块，所述优化模型构建模块与工况判断模块，优化模型计算模块连接，用以构建优化模型；所述优化模型计算模块根据优化模型构建模块构建的优化模型计算优化方案，并将优化方案发送到人机接口模块和/或存储到关系数据库。

进一步的方案还可以包括预测模型模块，所述预测模型模块与实时数据库、关系数据库、优化模型构建模块连接，获取实时数据库中的数据和关系数据库中的预测模型，预测能源介质的产耗量，并将预测结果存储于关系数据库，供优化模型构建模块使用。以蒸汽系统为例，如果工艺单元通过蒸汽换热方式消耗或副产蒸汽，那么可以通过热量平衡的方法建立蒸汽产耗量预测模型；如果蒸汽作为工艺单元的生产原料，那么可以根据生产机理建立蒸汽消耗量预测模型；对于无法采用以上两种方法的工艺单元，采用基于数据的建模方法建立预测模型；对于生产负荷同时调整的多个工艺单元可看作一个工艺单元组合，只需要建立一个蒸汽负荷预测模型；蒸汽产耗量预测模型利用实时数据库获取的运行数据，通过预测模型预测当前负荷的煤气消耗量和副产蒸汽量，并将预测结果保存到关系数据库中，而且还可以同时显示到人机接口模块。

以蒸汽系统为例，对用于预测蒸汽产耗量的预测模型说明如下。所述预测模型可以分为线性模型和非线性模块两类。线性模型可以表示为：

Y＝K₀+∑K_iX_i(i＝1，2，..，N)

其中Y为预测模型输出变量，X_i为第i个输入变量，K₀为常数项，K_i为变量系数，N为输入变量总数。输入变量根据具体的消耗或副产蒸汽设备的特点选择确定。对于非线性模型不做具体限制，但对于换热消耗或副产蒸汽的设备，给出其模型建立的方法。换热消耗或副产的蒸汽量可通过能量平衡方程建立，即

(C_p ^S1-C_p ^S0)Q_S＝(C_p ^m1-C_p ^m0)Q_m

其中C_p ^S1蒸汽换热后的比焓，C_p ^S2蒸汽换热前的比焓，Q_S为蒸汽的流量，C_p ^m1换热介质换热后的比焓，C_p ^S2换热介质换热前的比焓，Q_m为换热介质的流量。

那么蒸汽的消耗或副产量可表示为

Q_S＝(C_p ^m1-C_p ^m0)Q_m/(C_p ^S1-C_p ^S0)

式中的比焓可以根据检测到的温度、压力参数查表获得。

所述预测模型模块还可以包括自校正模块，所述预测模型自校正模块在预测模型偏离实际值和/或计算值一定范围之外时对预测模型进行自校正，并更新所述预测模型参数。模型自校正模块根据配置的验证周期进行预测模型预测结果的验证，如果某个预测模型预测误差大于设定的阈值，则进行该预测模型的模型自校正。如果校正后的模型预测结果优于现有模型，则系统用自校正得到的模型参数替代原来的模型参数，否则保留原来的模型的参数。模型自校正的数据必须是平稳工况或过渡工况的数据。对于线性模型可以采用多元线性回归算法辨识预测模型的参数；非线性模型目前没有统一的参数辨识方法。

进一步的方案还可以包括报表模块，用以记录所述监控系统的过程数据和/或最终数据和/或设备状态变化情况、发生的异常事件，和/或参数和/或参数变化和/或各种结论性结果，所述报表存储在关系数据库和/或显示在人机接口模块；所述报表模块按照设定的周期生成蒸汽系统运行报表，并把报表保存到实时数据库或历史数据库中供查询使用。在具有预测模型的情况下，所生成的报表还可以包括能源介质产耗量的预测结果；在具有能量计算模块的情况下，所生成的报表还包括能量计算结果。报表模块按照设定的周期生成管网系统运行报表，并可以把报表保存到关系数据库或历史数据库中供历史查询使用。报表可以按班组和日统计，报表内容包括各台锅炉运行状态、产汽量；各级管网减温减压量、放空量、各蒸汽用户的消耗或副产蒸汽量；发电透平总进汽量、抽汽量、发电量等。对各能级蒸汽管网进行平衡计算，得到总用汽量、总产汽量。

流程工业蒸汽系统的监控系统可以是上述的流程工业管网系统的监控系统。包括该流程工业蒸汽系统的监控系统的蒸汽系统也应在本发明的保护范围之内。

一种流程工业管网系统的监控系统的监控方法的实施例，其基本流程只进行工况判断，第一次判断异常事件的流程如图4a所示；在判断是否发生后续的异常事件则由图4c、图4d所示。图4d是在加入调度系统、构建优化模型和执行优化算法、和/或加入预测模型(包括或不包括自校正模块)的流程；而图4c还包括加入能量计算模块、和/或报表模块的流程。

具体包括如下步骤：

1)配置参数，如图3b所示；预设工况状态位为平稳工况；设定管网系统的异常事件判断机制、异常事件判断规则；所述工况状态位表征管网系统的工况状态，所述工况状态包括平稳工况，异常工况和过渡工况；所述异常工况是指管网系统中发生至少一个异常事件的工况状态；所述平稳工况是指管网系统中所有的管网参数和设备参数及其变化量在其各自的表征平稳工况的阈值范围内、且其上一次由异常事件判断机制判断的工况不为异常工况的工况状态；所述过渡工况是指管网系统中所有的管网参数和设备参数及其变化量在其各自的表征平稳工况的阈值范围内、但其上一次由异常事件判断机制判断的工况为异常工况的工况状态；所述异常事件是指影响管网系统平稳运行的事件，包括管网系统参数发生异常，和/或涉及管网系统多个参数的事件发生异常；所述管网系统参数包括管网参数和管网上所连设备的参数；所述异常事件判断机制是指工况判断模块按照设定的异常事件顺序和异常事件判断规则依次检测管网系统中所有所述异常事件是否发生，并将工况状态记录在工况状态位的机制；所述工况状态位用以表征管网系统的工况状态；所述异常事件判断规则包括判断实时数据是否符合相应的管网系统参数发生异常的条件和/或涉及管网系统多个参数的事件发生异常的条件；设定参数；所述参数包括管网系统参数阈值范围和异常事件的判断规则；

当然还可以设置用于在执行异常事件判断机制之后记录所发生的异常事件的异常事件列表(或称异常事件记录表)；还可以通过异常事件配置表表征和记录所述异常事件顺序。所述管网系统参数发生异常包括管网系统参数和/或其变化量在其各自的表征平稳工况的阈值范围之外；所述涉及管网系统多个参数的事件可以由管网系统参数之间的逻辑和/或数学表达式表达或由人工设定；所述异常事件的判断规则可以包括判断表达式。所述判断表达式可以是数学式或逻辑式等。还可以包括建立构建优化模型的机制。还可以预设用于预测能源介质产耗量的预测模型。还可以设置预测模型的自校正机制。还可以设置能量计算机制。还可以设置报表结构。

2)获取蒸汽系统实际生产中的实时数据；

3)执行异常事件判断机制，依照异常事件顺序和异常事件判断规则判断蒸汽系统所有管网和/或设备是否发生异常工况；当判断任意一个异常事件发生时(第一个异常事件)，将工况状态位设定为异常工况，并通知调度人员和/或调度系统，由调度人员执行调度，如图4a的步骤①所示，调度操作可能存在滞后。然后异常事件判断机制按照所述异常事件顺序继续判断下一异常事件是否发生，在发生异常事件时判断该异常事件是否之前检测到的异常事件，若不是则标记为新异常事件，并记录下来，和/或通知调度人员和/或调度系统。在具体生产实践中，所述异常事件判断机制可以调用配置的异常事件配置表并按照所述异常事件的判断规则依次检测管网系统中的所有异常事件是否发生，并将发生的异常事件都记录在异常事件列表(或称异常事件记录表)中。所述异常事件列表在系统启动时表中的内容为空，当检测到异常事件后，在异常事件列表中进行登记。异常事件不重复记录，即检测到第一个异常事件之后，判断后续发生的异常事件是否已登记在异常事件列表中，如果已登记，则该异常事件不是新的异常事件，不再登记；否则，该异常事件为新异常事件，继续登记。直到判断完所述异常事件顺序中的所有异常事件。每次登记可以通知调度人员和/或调度系统，或在登记完所有发生的异常事件后再同通知调度人员和/或调度系统。异常事件判断机制的流程如图4b所示。当调度完成，由调度系统或人工将工况状态位转变为过渡工况时，清空异常事件列表中的所有内容。

在调度人员手动和/或根据调度系统的调度方案完成所有发生的异常事件的调度后，将工况状态位设为过渡工况，如图4a的②所示；若再没有检测到异常事件的发生，则返回步骤2)；若管网系统未发生异常事件，则进入步骤4)；

4)读取上述监控系统的工况状态位，若所述工况状态位不是过渡工况时返回步骤2)；若所述工况状态位为过渡工况时，进入步骤5)；

5)判断管网系统的实际工况状态是否为平稳工况，若是平稳工况则进入步骤6)，否则返回步骤2)。

6)工况状态位设定为平稳工况；

6a)调用预测模型，预测能源介质的产耗量

6b)在预测模型偏离实际值和/或计算值一定范围之外时通过所述自校正机制对预测模型进行自校正，并更新所述预测模型参数；

6c)通过构建优化模型的机制构建优化模型，并进行优化计算，得出优化方案。

6d)：通过所述能量计算机制计算管网和/或管网设备的能量参数。

6e)：将所述监控系统的过程数据和/或最终数据和/或设备状态变化情况、发生的异常事件，和/或参数和/或参数变化和/或各种结论性结果存储在报表中，存储和/或显示给相关人员。

7)输出和/或存储工况状态位。

上述的实时数据可以按照设定周期将实时数据库的数据存储在历史数据库中，以便查询。

这里要说明的是，即使在第一次检测异常事件时，也可以使用图4c或图4d的方式，即在判断发生异常事件后，先判断是否新异常事件，再对工况状态位设定为异常工况。这是因为，检测之初，异常事件列表(或称异常事件记录表)设置为空，检测到的任一异常事件必然与异常事件列表中的内容不重复，所以按照图4c或图4d的流程也必然是将工况状态位设定为异常工况。因此，不应以上述实施例的描述限定本发明的保护范围。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或者等同替换，而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明专利的保护范国当中。

Claims (10)

1.一种流程工业管网系统的监控系统，包含人机接口模块、关系数据库、实时数据库、工况判断模块，各部分功能如下：

工况判断模块与实时数据库、关系数据库、人机接口模块连接，用以执行异常事件判断机制、和/或判断工况状态；所述工况状态包括平稳工况，异常工况和过渡工况；所述异常工况是指管网系统中发生至少一个异常事件的工况状态；所述平稳工况是指管网系统中所有的管网参数和设备参数及其变化量在其各自的表征平稳工况的阈值范围内、且其上一次由异常事件判断机制判断的工况不为异常工况的工况状态；所述过渡工况是指管网系统由异常工况经调度后达到完全平稳前的趋于稳定的工况状态；所述异常事件是指影响管网系统平稳运行的事件，包括管网系统参数发生异常，和/或涉及管网系统多个参数的事件发生异常；所述管网系统参数包括管网参数和管网上所连设备的参数；所述异常事件判断机制是指工况判断模块按照设定的异常事件顺序和异常事件判断规则依次检测管网系统中各所述异常事件是否发生，并将工况状态记录在工况状态位的机制；所述工况状态位用以表征管网系统的工况状态；所述异常事件判断规则包括判断实时数据是否符合相应的管网系统参数发生异常的条件和/或涉及管网系统多个参数的事件发生异常的条件；

人机接口模块与实时数据库、关系数据库、工况判断模块连接，用以查看实时数据库的数据，向关系数据库配置和/或修改参数，查看、设定异常事件判断机制和向工况判断模块发出执行异常事件判断机制指令；所述参数包括管网系统参数及其阈值范围、异常事件的判断规则；

实时数据库分别与人机接口模块、工况判断模块和管网系统实际生产数据相连接，存储管网系统的实际生产数据和/或工况状态位；根据上述各模块的要求提供实时数据和/或工况状态位；

关系数据库与人机接口模块、工况判断模块连接，存储由人机接口模块配置和/或修改的参数，并向工况判断模块提供所述参数。

2.根据权利要求1所述的监控系统，其特征在于，在实时数据库中还存储了用于在执行异常事件判断机制之后记录所发生的异常事件的异常事件列表；所述异常事件顺序由存储于关系数据库中的异常事件配置表表征；所述异常事件判断机制调用所述异常事件配置表并按照所述异常事件判断规则依次检测管网系统中的各异常事件是否发生；所述管网系统参数发生异常包括管网系统参数和/或其变化量在其各自的表征平稳工况的阈值范围之外；所述涉及管网系统多个参数的事件由管网系统参数之间的逻辑和/或数学表达式表达或由人工设定；和/或所述异常事件的判断规则包括判断表达式。

3.根据权利要求1或2所述的监控系统，其特征在于，还包括历史数据库，所述历史数据库与人机接口模块和实时数据库连接，按照设定周期将实时数据库的数据存储在历史数据库中，以便人机接口模块查询历史数据。

4.根据权利要求1所述的监控系统，其特征在于，还包括调度系统，所述调度系统与工况判断模块连接，在所述工况状态位表征为异常工况时对管网系统进行调度或给出调度方案，并在调度完成后向工况判断模块反馈调度信息，所述调度信息包括表征调度完成的信息。

5.根据权利要求1所述的监控系统，其特征在于，还包括能量计算模块，所述能量计算模块与关系数据库、实时数据库连接，调用关系数据库中的相关参数对管网和/或管网设备的能量参数进行计算，并将能量计算结果存储于关系数据库。

6.根据权利要求1所述的监控系统，其特征在于，还包括优化模型构建模块和优化模型计算模块，所述优化模型构建模块与工况判断模块，优化模型计算模块连接，用以构建优化模型；所述优化模型计算模块根据优化模型构建模块构建的优化模型计算优化方案，并将优化方案发送到人机接口模块和/或存储到关系数据库；和/或还包括预测模型模块，所述预测模型模块与实时数据库、关系数据库、优化模型构建模块连接，获取实时数据库中的数据和关系数据库中的预测模型，预测能源介质的产耗量，并将预测结果存储于关系数据库，供优化模型构建模块使用；和/或所述预测模型模块包括自校正模块，所述预测模型自校正模块在预测模型偏离实际值和/或计算值时、或偏离实际值和/或计算值一定范围之外时对预测模型进行自校正，并更新所述预测模型参数；如果校正后的模型预测结果优于现有预测模型，则自校正得到的模型参数替代原来的模型参数。

7.根据权利要求1所述的监控系统，其特征在于，所述监控系统还包括报表模块，记录所述监控系统的过程数据和/或最终数据和/或设备状态变化情况、发生的异常事件，和/或参数和/或参数变化和/或各种结论性结果，所述报表存储在关系数据库和/或显示在人机接口模块；所述报表模块按照设定的周期生成管网系统运行报表，并把报表保存到实时数据库或历史数据库中供查询使用。

8.一种流程工业蒸汽系统的监控系统，其特征在于，所述流程工业蒸汽系统的监控系统是权利要求1至7之一所述的流程工业管网系统的监控系统。

9.一种流程工业蒸汽系统，其特征在于，所述流程工业蒸汽系统包括权利要求8所述的流程工业蒸汽系统的监控系统。

10.一种基于权利要求1所述的流程工业管网系统的监控系统的监控方法，包括如下步骤：

1)配置参数；预设工况状态位为平稳工况；设定管网系统的异常事件判断机制、异常事件判断规则；所述工况状态位表征管网系统的工况状态，所述工况状态包括平稳工况，异常工况和过渡工况；所述异常工况是指管网系统中发生至少一个异常事件的工况状态；所述平稳工况是指管网系统中所有的管网参数和设备参数及其变化量在其各自的表征平稳工况的阈值范围内、且其上一次由异常事件判断机制判断的工况不为异常工况的工况状态；所述过渡工况是指管网系统中所有的管网参数和设备参数及其变化量在其各自的表征平稳工况的阈值范围内、但其上一次由异常事件判断机制判断的工况为异常工况的工况状态；所述异常事件是指影响管网系统平稳运行的事件，包括管网系统参数发生异常，和/或涉及管网系统多个参数的事件发生异常；所述管网系统参数包括管网参数和管网上所连设备的参数；所述异常事件判断机制是指工况判断模块按照设定的异常事件顺序和异常事件判断规则依次检测管网系统中所有所述异常事件是否发生，并将工况状态记录在工况状态位的机制；所述工况状态位用以表征管网系统的工况状态；所述异常事件判断规则包括判断实时数据是否符合相应的管网系统参数发生异常的条件和/或涉及管网系统多个参数的事件发生异常的条件；设定参数；所述参数包括管网系统参数阈值范围和异常事件的判断规则；

2)获取管网系统实际生产中的实时数据；

3)执行异常事件判断机制，依照异常事件顺序和异常事件判断规则判断管网系统所有管网和/或设备是否发生异常工况；当判断任意一个异常事件发生时，将工况状态位设定为异常工况，并通知调度人员和/或调度系统；然后按照所述异常事件顺序继续判断下一异常事件是否发生，在发生异常事件时判断该异常事件是否之前检测到的异常事件，若不是则标记为新异常事件，并记录，和/或通知调度人员和/或调度系统；直到判断完所述异常事件顺序中的所有异常事件；在调度人员手动和/或根据调度系统的调度方案完成所有发生的异常事件的调度后，将工况状态位设为过渡工况；若再没有检测到异常事件的发生，则返回步骤2)；若管网系统未发生异常事件，则进入步骤4)；

4)读取根据权利要求1至9之一所述的监控系统的工况状态位，若所述工况状态位不是过渡工况时返回步骤2)；若所述工况状态位为过渡工况时，进入步骤5)；

5)判断管网系统的实际工况状态是否为平稳工况，若是平稳工况则进入步骤6)，否则返回步骤2)；

6)工况状态位设定为平稳工况；

7)输出和/或存储工况状态位。