CN104361454A - 一种单站与多站协同优化一体式油气集输智能管理系统 - Google Patents
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Abstract
一种单站与多站协同优化一体式油气集输智能管理系统，涉及一种油气集输智能管理系统，本系统开发了具有设备运行安全可控、流程优化协同功能的油气集输智能管理一体化系统平台(IMSOGTS)。其实现SCADA监控软件的基础功能外，核心功能包括单站场的智能化管理与多站场的协同优化。单站智能管理融合报警管理、故障诊断和决策、能耗优化分析功能；多站协同优化采用“多点一线”的整条管线上多站场的协同优化生产，实现对现有的油气集输站的安全管理、节能优化功能，本系统油气集输过程的单站场与多站场的安全运行、节能增效、协同优化管理，保证油气集输站在安全、可靠、合理、节能状态下运行。
Description
技术领域
本发明涉及一种油气集输管理系统，特别是涉及一种单站与多站协同优化一体式油气集输智能管理系统。
背景技术
随着我国能源战略的发展和实施，油气集输的自动化水平不断提高，工艺设备数据的采集和监控等基础自动化已较为完备，但是同样也存在一些问题，如数据接口不一致、数据丰富但信息匮乏、频繁报警导致操作员对报警疲劳、设备故障导致经济损失和人员伤亡、能耗统计和分析主观性、各站场间的制约关系复杂等情况。目前国内尚无一套专业的、完整的关于油气集输系统的管理优化软件。
发明内容
本发明的目的在于提供一种单站与多站协同优化一体式油气集输智能管理系统，该系统根据国家安全生产信息化建设的要求，将控制工程、安全工程与石油企业油气集输安全生产的实际需要有机的结合，针对油气集输单站场和多站场，及设备级、过程级和系统级的特点，从安全生产和节能优化角度出发，大大提升现有监控系统的技术含量，解决现有系统对报警管理、故障诊断、能耗分析、协同优化等方面管理的不足，促进我国油气集输行业自动化、智能化发展，降低油气集输系统运行风险、人员伤亡、经济损失、集输能耗。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种单站与多站协同优化一体式油气集输智能管理系统，所述系统包括油气集输过程单站场与多站场的一体化平台，包括单站场的与多站场的协同优化，及融合报警、故障诊断和决策、能耗优化分析，多站协同优化；其中，单站场的智能化，由故障诊断、智能报警、能耗分析三部分组成；各智能块的算法基于大数据，根据实时输入的数据更新各个智能块的权值，从而使得各智能模块处理功能不断调整更新，与现场的设备老化程度同步；实现业务层与逻辑层的脱离，用户通过在线配置这三部分，即任意的组态设备点与故障诊断、智能报警、能耗分析的对应关系；所述多站场的协同优化，是利用中心计算机群，采集各个站场的运行参数，建立站场的大数据，然后建立基于大数据的多站协同的传输数学模型，以能耗最小为准则，制订合理的管线输送计划及运行方案，即在时间序列上设置各站的温度、压力、流量，如在哪个时间，哪个站场该采用什么样的参数设置，然后将每个站的运行方案发送给各个站场的计算机；各站场计算机接收来自中心计算机群的运行方案，设定各自的设备运行参数，从而调节温度、压力、流量与中心计算机群制订的运行方案一致，实现整条管线的系统优化。
所述的一种单站与多站协同优化一体式油气集输智能管理系统，所述设定各自的设备运行参数，包括加热炉温度设定值、压缩机的频率设定值等。
附图说明
图1油气集输智能管理一体化系统功能结构图；
图2油气集输智能管理一体化系统实现方案流程图。
具体实施方式
本发明具体提供了一种智能报警管理、故障诊断与决策、能耗优化分析于一体的管理系统，该系统核心功能包括单站场的智能化管理与多站场的协同优化。
一、单站场智能化远程配置管理
a) 故障诊断管理FDDMF (Fault Detection and Diagnosis Management Function)：针对油气集输中检测仪表、执行机构、加热炉、压缩机、泵等关键设备，构建故障检测、故障分离与识别、故障评价、故障决策的算法库，并在BS结构下在线组态设备检测点与算法，使得故障诊断处理和设备检测点配置相分离，故障诊断管理应用更灵活。
b) 智能报警管理IAMF (Intelligent Alarm Management Function)：以ANSI/ISA-18.2 及EEMUA Pub. No.191标准为指导，在BS结构下可在线配置、修改的报警规则为专家系统的知识库，使智能报警处理和报警规则配置设置相分离，智能报警管理更灵活。
c) 能耗分析ECAF (Energy Consumption Analysis Funtion)：建立通用油气集输系统节能分析功能，根据SY/T 5264—2006 《油田生产系统能耗测试和计算方法》，采用处理能耗参数（燃料单耗、电能单耗、综合能耗）及能源效率参数（热能利用率、电能利用率）统计油气集输过程中主要热力设备和动力设备的能耗，由此建立能耗设备的多个数学模型，在BS结构下在线配置需要进行能耗分析的设备检测点，能耗分析管理更灵活。并以月度报表、季度报表、半年度报表和年度报表形式提供准确、完整、真实的能耗统计数据，给出系统能耗分布状况、能耗预测曲线，找出能耗高的主要影响因素，以在线开环的形式指导生产，提高生产运行质量和系统效率。
二、多站协同优化
多站场的协同优化功能采用两层递阶优化调度方法，上层决策者为中心站计算机群，采集各个站场的运行参数，建立站场的大数据，然后建立基于大数据的多站协同的传输数学模型，在满足输送能力及给定条件（管网结构、设备配置及性能等）下，以能耗最小为准则，制订合理的管线输送计划及运行方案：即在时间序列上设置各站的温度、压力、流量，如在哪个时间，哪个站场该采用什么样的参数设置。下层决策者为各站场计算机，接收来自上层决策者的运行方案，设定的设备运行参数（加热炉温度设定值、压缩机的频率设定值等），从而调节温度、压力、流量与上层决策者制订的运行方案一致。模型的建立是基于大数据的的，并以最优控制为理论依据，采用二层递阶优化调度方法及在线闭环的方式指导油气集输在最优工况下运行，从全局角度实现整条管线的系统优化，提高整个集输系统的运行效率。
本发明综合利用了可编程控制器技术、计算机技术、控制技术、通信与网络技术，基于ISA95/88层次关系，利用C++、C#语言，采用CS与BS架构相结合的方式，完成对测控点的任意组态、实时数据采集、分析、智能优化，生产过程的全面实时监控、数据记录、历史记录、报警、事件打印和定时打印等基本功能下，融油气集输站场与管线为一体，实现单站场智能管理与多站场协同优化，促进油气集输全局的安全运行、节能增效的智能化管理。
具体步骤、实现方案下：
方案主要包括中心站与各站站场，各站站场包括监控计算机、plc设备、现场的仪表等部分组成；中心站即中心计算机群，主要包括智能分析服务器、模型拟合服务器、Web服务器、ORACLE大型数据库服务器等，智能分析服务器主要实现各种智能算法的计算分析；模型拟合服务器主要实现传输模型的拟合、跟新、修正，并根据要求得出工作方案（即时间序列）；Web服务器实现各种配置，并将分析的结果表现在浏览器上；ORACLE大型数据库服务器主要实现数据的存储，包括组态、参数大数据、分析结论数据库组成。
本方案中各站场与中心站，及站场的内部的计算机、plc之间均采用以太网通信方式；
(1)各站场数据的实时监控：
在各个战场，实时数据采集的硬件设备是AB公司1756系列的PLC，建立以太网通讯网络，实现现场实时数据的采集，并利用FTview组态软件，开发可视可控的组态画面，实现现场数据的监控、历史记录、报警、事件打印和定时打印等基本功能 ；
（2）建立基于大数据的传输数学模型：
使用FtView软件数据记录工具包，将采集的主要运行参数存储于远程的中心站计算机群的大型Oracle数据库中，建立站主要运行参数的大数据。利用C++语言，建立基于大数据的多站协同的传输数学模型，该模型以多站协同为出发点，能耗最小为准则，时间序列为基准，温度、压力、流量的设定为目标；
（3）C++与plc的实时数据通讯：
利用C++语言，在以太网协议下，读取plc硬件地址的值，获得现场主要设备重要参数的实时运行数据；
（4）基于大数据的智能算法函数库
利用C++语言，针对油气集输中主要设备（如泵、加热炉等），编程实现基于大数据的故障诊断、智能报警、能耗分析函数库，该库以设备的健康状况，运行状况为依据，不断更新的函数库中隶属函数的权值，做到设备与函数库的与时俱进；
（5）web组态、显示页面
利用C#程序，完成web交互组态页面的设计，分别实现各种组态工作（如哪些参数配置为能耗分析的主要参数，各权值是多少，又如多站协同的参数设定等），并把组态的数据结构存储到组态数据库中（在ORACLE大型数据库中）；并将分析结论数据库（在ORACLE大型数据库中），用友好的图形交互界面表现出来。
（6）智能服务的启动
利用C++语言读取组态数据库中的数据结构，配置系统，并获得plc地址中主要设备重要参数实时运行的数据，运行智能服务，并把智能服务的结论存储于分析结论数据库中（在ORACLE大型数据库中），把协调优化的时间序列发放给各个战场。
Claims (2)
1.一种单站与多站协同优化一体式油气集输智能管理系统，其特征在于，所述系统包括油气集输过程单站场与多站场的一体化平台，包括单站场的与多站场的协同优化，及融合报警、故障诊断和决策、能耗优化分析，多站协同优化；其中，单站场的智能化，由故障诊断、智能报警、能耗分析三部分组成；各智能块的算法基于大数据，根据实时输入的数据更新各个智能块的权值，从而使得各智能模块处理功能不断调整更新，与现场的设备老化程度同步；实现业务层与逻辑层的脱离，用户通过在线配置这三部分，即任意的组态设备点与故障诊断、智能报警、能耗分析的对应关系；所述多站场的协同优化，是利用中心计算机群，采集各个站场的运行参数，建立站场的大数据，然后建立基于大数据的多站协同的传输数学模型，以能耗最小为准则，制订合理的管线输送计划及运行方案，即在时间序列上设置各站的温度、压力、流量，如在哪个时间，哪个站场该采用什么样的参数设置，然后将每个站的运行方案发送给各个站场的计算机；各站场计算机接收来自中心计算机群的运行方案，设定各自的设备运行参数，从而调节温度、压力、流量与中心计算机群制订的运行方案一致，实现整条管线的系统优化。
2.根据权利要求1所述的一种单站与多站协同优化一体式油气集输智能管理系统，其特征在于，所述设定各自的设备运行参数，包括加热炉温度设定值、压缩机的频率设定值等。
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