CN103676835A - 基于云计算的石化装置安全监测与辅助操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于云计算的石化装置安全监测与辅助操作方法，主要解决现有技术中仅靠DCS报警难以及时准确判断异常状态的问题。本发明通过采用一种基于云计算的石化装置安全监测与辅助操作方法，用户通过互联网与基于云计算的石化装置安全监测与辅助操平台连接，实现对石化装置安全监测与辅助操作；基于云计算的石化装置安全监测与辅助操作平台主要包括企业私有云、装置共有云和互联网；企业私有云主要包括装置安全运行监测与诊断模块和信息系统模块，装置共有云主要包括装置疑问智答模块和安全信息数据库的技术方案较好地解决了上述问题，可用于石化装置的安全监测与辅助操作中。

Description

基于云计算的石化装置安全监测与辅助操作方法

技术领域

本发明涉及一种基于云计算的石化装置安全监测与辅助操作方法。 

技术背景

随着石化装置日趋高度集成化和复杂化，如何保证安全生产是工业界面临的一个重大挑战。当装置出现复杂的异常工况时，仅仅依靠DCS（Distributed Control Systems）报警往往令操作员难以及时准确判断，甚至可能做出错误决策，导致出现生产事故，造成人员伤亡和巨大的经济损失。 

CN201020606221中涉及了一种化工过程安全监控装置，包括:PC（Personal Computer）机，所述的PC机连接历史数据服务器，所述的历史数据服务器分别连接一组子系统，所述的子系统包括下位传感器，所述的下位传感器连接控制器，所述的控制器连接数据传输单元，所述的数据传输单元通过面向控制过程的接口连接所述的历史数据服务器。但是该安全监控装置处理的数据量有限，对操作的指导有限，仍然达不到及时、准确判断异常状态的目的。 

开发一套石化装置安全监测平台，辅助操作人员了解装置的运行状态，及时对异常工况进行处理，从而实现石化过程的安全生产，是很有必要的。 

云计算（Cloud Computing）是基于互联网的相关服务的增加、使用和交付模式，通常涉及通过互联网来提供动态易扩展且经常是虚拟化的资源。通过使计算分布在大量的分布式计算机上，而非本地计算机或远程服务器中，企业数据中心的运行将与互联网更相似。这使得企业能够将资源切换到需要的应用上，根据需求访问计算机和存储系统。好比是从古老的单台发电机模式转向了电厂集中供电的模式。它意味着计算能力也可以作为一种商品进行流通，就像煤气、水电一样，取用方便，费用低廉。最大的不同在于，它是通过互联网进行传输的。云计算具有以下几个主要特征： 

(1)资源配置动态化。根据消费者的需求动态划分或释放不同的物理和虚拟资源，当增加一个需求时，可通过增加可用的资源进行匹配，实现资源的快速弹性提供；如果用户不 再使用这部分资源时，可释放这些资源。云计算为客户提供的这种能力是无限的，实现了资源利用的可扩展性。 

(2)需求服务自助化。云计算为客户提供自助化的资源服务，用户无需同提供商交互就可自动得到自助的计算资源能力。同时云系统为客户提供一定的应用服务目录，客户可采用自助方式选择满足自身需求的服务项目和内容。 

(3)以网络为中心——云计算的组件和整体构架由网络连接在一起并存在于网络中，同时通过网络向用户提供服务。而客户可借助不同的终端设备，通过标准的应用实现对网络的访问，从而使得云计算的服务无处不在。 

(4)服务可计量化。在提供云服务过程中，针对客户不同的服务类型，通过计量的方法来自动控制和优化资源配置。即资源的使用可被监测和控制，是一种即付即用的服务模式。 

(5)资源的池化和透明化——对云服务的提供者而言，各种底层资源（计算、储存、网络、资源逻辑等）的异构性（如果存在某种异构性）被屏蔽，边界被打破，所有的资源可以被统一管理和调度，成为所谓的“资源池”，从而为用户提供按需服务；对用户而言，这些资源是透明的，无限大的，用户无须了解内部结构，只关心自己的需求是否得到满足即可。 

安全监测与辅助操作平台的架构和开发与企业的信息系统硬件结构密切相关，而当前为有效整合信息系统的硬件资源以形成统一平台，石化企业开始逐渐实行云计算解决方案，因此有必要研究和开发云计算环境下的新型安全平台。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中仅靠DCS报警难以及时准确判断异常状态的问题，提供一种新的基于云计算的石化装置安全监测与辅助操作方法。该方法用于石化装置的安全监测与辅助操作中，具有异常状态判断及时准确的优点。 

为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：一种基于云计算的石化装置安全监测与辅助操作方法，用户通过互联网与基于云计算的石化装置安全监测与辅助操平台连接，实现对石化装置安全监测与辅助操作；基于云计算的石化装置安全监测与辅助操作平台主要包括企业私有云、装置共有云和互联网；所述企业私有云主要包括装置安全运行监测与诊断模块和信息系统模块，装置共有云主要包括装置疑问智答模块和安全信息数据库；装置安全运行监测与诊断模块主要包括风险监测与匹配、专家知识库和结果信息展示三个层次；装置疑问智答模块主要包括基于云计算的信息搜索引擎和在线交流平台，基于云计算 的信息搜索引擎检索的数据来自安全信息数据库和所述信息系统。 

上述技术方案中，优选地，所述用户包括台式计算机、便携式计算机或移动设备中的至少一种，在任意地点实时监控整个装置的工艺运行状况。 

上述技术方案中，优选地，所述专家知识库主要由专家规则、工艺知识、风险指纹库构建而成。 

上述技术方案中，优选地，所述基于云计算的信息搜索引擎检索的数据分为动态数据和静态数据；装置疑问智答的数据来源是可以动态增加和删除的。 

上述技术方案中，优选地，所述基于云计算的石化装置安全监测与辅助操作方法的软件采用SOA即service oriented architecture方式开发。 

上述技术方案中，优选地，所述基于云计算的石化装置安全监测与辅助操作平台对石化生产装置中的每个重要单元提供装置安全运行监测与诊断服务；风险监测与匹配模块由风险监测和风险匹配两个服务组成，风险监测服务由工况监测组件和风险识别组件构成，风险匹配服务由风险匹配组件构成。 

上述技术方案中，更优选地，所述工况监测组件包括过程监测类和可视化类；工况监测组件中的过程监测类，根据实时数据计算过程是否出现了异常，并将计算结果通过可视化类显示；风险识别组件包括风险识别类和异常工况序列化类；风险识别组件的风险识别类判断波动是否达到产生风险的程度，若是，则由异常工况序列化类获得变量异常次序即风险指纹。 

上述技术方案中，更优选地，所述风险匹配服务可引用风险监测服务的风险指纹，通过风险匹配组件在风险指纹库中查找对应的风险及后果，在对策库中匹配出风险规避建议，并将该风险的征兆和对策通过可视化类显示。 

上述技术方案中，更优选地，所述风险匹配服务可引用风险监测服务的风险指纹，通过风险匹配组件在风险指纹库中查找对应的风险及后果，若风险指纹库不包含检测出的风险，则应在风险处理完毕之后，将相应信息增加至风险指纹库和对策库。 

为充分发挥云计算的优势以及为石化企业提供更好的安全管理服务，本专利提出了基于云计算的石化装置安全监测与辅助操作方法软硬件系统平台。该平台以装置安全运行监测与诊断为核心，集成多种与安全生产相关的信息系统，可对生产的安全性进行实时评估和预测，并随时随地为操作人员提供各种安全相关信息支持。本专利提出的基于云计算的石化装置安全监测与辅助操作方法包括各种与生产安全有关的知识库和信息系统以供生产人员培训与在线查阅之用；还包括可辅助石化生产安全性在线分析的专家知识库，以便 在线风险分析模块可以依据生产过程中采集的海量数据进行不同尺度、不同类型的过程计算，将计算结果与专家知识库相匹配，从而可对生产的安全性进行实时评估和预测；若平台可与DCS交互作用，则可依据操作对策让生产系统自动消除风险。如此，则石化生产系统中的工艺安全知识、实时过程信息被有机统一而形成智慧，极大地提高了生产过程的安全性。 

本发明通过采用装置安全运行监测与诊断与装置疑问智答的融合，并结合云计算服务的技术方案，实现基于云计算的石化装置的安全监测与辅助操作，针对石化装置的各种复杂的工况进行监测与诊断，结合各种生产信息的便利查看，为装置的工艺人员、操作人员的及时快速的安全操作提供辅助指导，有利于实现石化装置的“安全、稳定、长周期、满负荷”运行，取得了较好的技术效果。 

附图说明

图1为本发明所述方法的结构示意图。 

下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。 

具体实施方式

【实施例1】 

本专利提供的基于云计算的石化装置安全监测与辅助操作方法主要包括企业私有云、装置共有云，用户通过互联网与所述平台连接，企业私有云主要包括装置安全运行监测与诊断模块和信息系统模块，装置共有云主要包括装置疑问智答模块和安全信息数据库，装置安全运行监测与诊断模块主要包括风险监测与匹配、专家知识库和结果信息展示三个层次，装置疑问智答模块主要包括基于云计算的信息搜索引擎和在线交流平台，基于云计算的信息搜索引擎检索的数据来自安全信息数据库和所述信息系统。 

安全运行监测与诊断模块针对单元提供安全分析，通过对单元安全分析结果的综合，给出装置的安全性报警，提高生产的安全性与稳定性。在定性定量异常状态监测与诊断技术开发方面，由于石化装置的连续性、复杂性，必须采用融合的方法去解决异常状态的监测与诊断问题：采集到的现场数据经数据滤波后，首先进行多维空间状态分析，自动进行多模态的适应。如果没有和任何模态匹配上，则初步判断整个装置或单元的工艺状态出现异常。此时进入人工神经网络模块。人工神经网络模块把装置各种正常工况下的关键参数值作为训练样本，即人工神经网络只能判断装置当前是否是正常工况。如人工神经网络的 诊断结果不是正常工况，那么认定装置出现了异常状态。这是因为，装置正常的工况状态是有限的，且作为神经网络训练样本的关键参数的值容易获取；如果用神经网络来检测装置的故障状态，由于故障状态千差万别，一是训练样本数据来源困难，二是神经网络训练困难。如果人工神经网络判断装置出现异常工况，则进入专家系统模块。专家系统模块是提取工艺流程的关键参数在特定故障状态下的征兆，存入专家知识库。实时监测时，如果这些节点的状态刚好落进知识库定义好的状态，那就得到结论：目前已进入某种故障状态，原因和后果即可确定。这样故障诊断系统可直接得到被监测工艺的异常工况结论。此时推理系统不用进入后边的推理算法，大幅减少了系统的推理时间。对于没有明显征兆的异常工况，专家系统得不到诊断结果时，则进入故障逻辑关系模型进行推理分析。实时推理时，根据PCA（Principal Component Analysis）方法计算得到的“动态阈值”，得到装置各测点的预警，结合已发生的DCS报警，形成故障风险指纹，到风险指纹库去匹配相应的信息。由报警点的偏离程度，结合模糊规则，对得到的风险指纹进行排序，找到最有可能发生机理，从而得到异常发生的根原因。专家知识主要由专家规则、工艺知识、风险指纹库构建而成。通过对工艺过程的深入了解与分析，得到影响装置安全平稳操作和产品质量的关键变量，以此作为关键参数，结合SDG（Signed Directed Graph）技术，在自动HAZOP（Hazard and Operability Study）分析平台上，对关键参数增加定性定量信息，通过推理分析，形成基于关键参数的风险模式知识库。在此基础上，确认各关键参数发生异常的顺序，得到按时间顺序排列的异常节点序列，作为标记该节点产生异常后所对应风险的唯一风险序列，从而形成风险指纹库。将安全知识库的特定信息，通过一定方式关联到风险指纹库，可以形成风险对策库。在实时监测时，针对工艺工况监测指标设立预报警限，一旦该指标的值超出预报警限并有增长趋势时，则开始记录变量异常顺序，获得一组按异常发生时间排序的变量序列。模块获得变量异常序列后，将该异常序列与风险指纹库中各风险指纹相比较，若某一风险指纹完全包括在变量异常序列中，则认为检测到一个风险，软件可以给操作人员规避风险提示；当若干个风险指纹都包含在变量异常序列中，此时认为过程存在多个风险。 

装置疑问智答模块将各种与生产安全有关的知识库和信息系统集成进去，用户只要输入相应的关键字，即可检索得到他所关心的生产信息。装置疑问智答的核心是一个基于云计算的信息搜索引擎。被装置疑问智答检索的数据分为两大类：动态数据和静态数据。动态数据是指随装置运行一直变化的数据，如某参数的平均值、装置运行的平稳率、物料平衡数据等。与此相反，静态数据主要指不会随时间变化而变化的数据，如装置的设计数据、 操作知识等数据。此外，装置疑问智答模块还提供了一个开放式的在线交流知识平台。在一套装置上，可由某用户提问，另外的用户作答。这样实现了经验交流，使操作经验得到更好的传承。云计算可以利用虚拟化技术将上述两大类的计算资源抽象成服务，使绝大部分的计算任务都将在云计算平台上完成，操作员可利用多种不同的终端，如台式计算机、便携式计算机甚至手机，在任意地点实时监控整个装置的工艺运行状况。 

针对石化过程的特点，可将基于云计算的石化装置安全监测与辅助操作方法分为企业私有云和石化装置公用云。企业私有云包含各装置专用的装置安全运行监测与诊断、各种信息系统，可安装在各生产企业；装置云是某一大类装置的安全信息综合，可固定安装在某一地点，同一类装置的操作员通过Internet可以访问。用户可以使用多种不同的终端，如台式计算机、便携式计算机甚至手机，在任意地点实时监控整个装置的工艺运行状况。装置安全运行监测与诊断功能需要大量的模型计算和风险匹配，所获得的结果应及时传送给操作和工艺人员，云计算强大的计算能力和安全存储能力可保证安全管理平台计算的及时性和数据库的安全性。 

安全信息数据库由于无需像安全性装置安全运行监测与诊断那样重视实时性，可以将安全知识数据库按生产装置组织，分散布置在各个企业。各石化企业操作人员、工艺人员皆可使用Internet，通过装置疑问智答模块，进行安全操作知识、设备和化学品等信息查阅，发布装置事故通报和事故处理经验，发表对装置安全性建议的意见等。 

SOA能将不同服务（即应用程序的不同功能单元）通过定义良好的接口契约（Interface contract）松耦合为一个整体。因此，基于云计算的石化装置安全监测与辅助操作方法的软件采用SOA方式开发。服务是无状态（Stateless）的或状态无关（state-free）的，因此在基于云计算的石化装置安全监测与辅助操作方法中，可以将服务任意编排和序列化成以Web服务形式执行的不同的工业逻辑，从而将工业逻辑与系统框架逻辑分离。基于云计算的石化装置安全监测与辅助操作方法主要提供装置安全运行监测与诊断服务和装置疑问智答服务。服务是由组件（Component）组成的，而组件可由面向对象的技术实现。 

基于云计算的石化装置安全监测与辅助操作方法对石化生产装置中的每个重要单元提供装置安全运行监测与诊断服务，该模块由风险监测和风险匹配两个服务组成。其中，风险监测服务由工况监测组件和风险识别组件构成。工况监测组件中的过程监测类，根据实时数据计算过程是否出现了异常，并将计算结果通过可视化类显示。当计算发现过程出现波动时，风险识别组件的风险识别类判断波动是否达到产生风险的程度，若是，则由异常序列化类获得变量异常次序（即风险指纹）。风险匹配服务可引用风险监测服务的风险 指纹，通过匹配组件在风险指纹库中查找对应的风险及后果，在对策库中匹配出风险规避建议，并将该风险的征兆和对策通过可视化类显示；若风险指纹库不包含检测出的风险，则应在风险处理完毕之后，将相应信息增加至风险指纹库和对策库。 

同时，基于云计算的石化装置安全监测与辅助操作方法提供的装置疑问智答服务可以到工厂的多种信息系统采集用户需要的信息，而用户通过互联网获取资料。装置疑问智答服务的数据来源是可以动态增加和删除的，只要双方定义好接口契约（Interface contract），就可以实现数据访问。各个不同的企业信息系统的配置情况不同，因此这种方式在实际应用中比较灵活。 

Claims (9)

1.一种基于云计算的石化装置安全监测与辅助操作方法，用户通过互联网与基于云计算的石化装置安全监测与辅助操平台连接，实现对石化装置安全监测与辅助操作；基于云计算的石化装置安全监测与辅助操作平台主要包括企业私有云、装置共有云和互联网；所述企业私有云主要包括装置安全运行监测与诊断模块和信息系统模块，装置共有云主要包括装置疑问智答模块和安全信息数据库；装置安全运行监测与诊断模块主要包括风险监测与匹配、专家知识库和结果信息展示三个层次；装置疑问智答模块主要包括基于云计算的信息搜索引擎和在线交流平台，基于云计算的信息搜索引擎检索的数据来自安全信息数据库和所述信息系统。

2.根据权利要求1所述基于云计算的石化装置安全监测与辅助操作方法，其特征在于所述用户包括台式计算机、便携式计算机或移动设备中的至少一种，在任意地点实时监控整个装置的工艺运行状况。

3.根据权利要求1所述基于云计算的石化装置安全监测与辅助操作方法，其特征在于所述专家知识库主要由专家规则、工艺知识、风险指纹库构建而成。

4.根据权利要求1所述基于云计算的石化装置安全监测与辅助操作方法，其特征在于所述基于云计算的信息搜索引擎检索的数据分为动态数据和静态数据；装置疑问智答的数据来源是可以动态增加和删除的。

5.根据权利要求1所述基于云计算的石化装置安全监测与辅助操作方法，其特征在于所述基于云计算的石化装置安全监测与辅助操作方法的软件采用SOA即service orientedarchitecture方式开发。

6.根据权利要求1所述基于云计算的石化装置安全监测与辅助操作方法，其特征在于所述基于云计算的石化装置安全监测与辅助操作平台对石化生产装置中的每个重要单元提供装置安全运行监测与诊断服务；风险监测与匹配模块由风险监测和风险匹配两个服务组成，风险监测服务由工况监测组件和风险识别组件构成，风险匹配服务由风险匹配组件构成。

7.根据权利要求6所述基于云计算的石化装置安全监测与辅助操作方法，其特征在于所述工况监测组件包括过程监测类和可视化类；工况监测组件中的过程监测类，根据实时数据计算过程是否出现了异常，并将计算结果通过可视化类显示；风险识别组件包括风险识别类和异常工况序列化类；风险识别组件的风险识别类判断波动是否达到产生风险的程度，若是，则由异常工况序列化类获得变量异常次序即风险指纹。

8.根据权利要求6所述基于云计算的石化装置安全监测与辅助操作方法，其特征在于所述风险匹配服务可引用风险监测服务的风险指纹，通过风险匹配组件在风险指纹库中查找对应的风险及后果，在对策库中匹配出风险规避建议，并将该风险的征兆和对策通过可视化类显示。

9.根据权利要求8所述基于云计算的石化装置安全监测与辅助操作方法，其特征在于所述风险匹配服务可引用风险监测服务的风险指纹，通过风险匹配组件在风险指纹库中查找对应的风险及后果，若风险指纹库不包含检测出的风险，则应在风险处理完毕之后，将相应信息增加至风险指纹库和对策库。

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