CN108664008A - 一种用于石化生产新型智能化的光纤传感物联网系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于石化生产新型智能化的光纤传感物联网系统，包括用于采集所述石化生产设备的运行信息的光纤传感模块、用于对所述运行信息进行预处理的信号处理模块、用于存储所述运行信息的数据存储模块、数据接口以及与所述信息处理模块相连接的辅助控制模块，所述光纤传感模块通过所述数据接口将所述运行信息传输至所述信号处理模块，当所述信号处理模块的预处理结果为异常时，所述信号处理模块输出控制指令，所述控制模块用于接收所述控制指令并控制所述石化生产设备调整运行状态，其将物联网传感技术应用于石化生产过程中，可以实现同时监测和控制石化生产过程中不同设备和工艺，而且，所述控制系统还包括远程控制平台，其可以将不同石化生产设备的实时监测信息进行分析、交互以及远程控制，形成相互反馈的闭环系统。
Description
技术领域
本发明涉及石化生产技术领域，尤其涉及一种用于石化生产新型智能化的光纤传感物联网系统。
背景技术
以数字化和网络化为核心的智能化技术是当前制造业技术革命的主要趋势，其正在深刻改变工业行业各个领域的发展态势。石化工业迫切需要高效、安全、环保的进行生产管理，智能化技术对提升石油化工行业安全生产、降本增效、绿色发展等将起到重要作用，因此，推进数字化、网络化和工业化深度融合已成为提升传统石化企业竞争力的必然要求。
物联网技术是一种新进发展起来的技术产业，和传统的互联网相比，其具有鲜明的特点：一方面和互联网结合，另一方面集合了各种感知技术，其通过传感技术连接物品，每个传感器作为一个信息源，不仅可以获取所属物体的基本信息，而且还可以实时采集物体自身以及周围环境的动态信息。
为此，物联网技术已逐渐被石油化工企业应用到日常的管理中，并取得了一定的效果，如基于物联网的石油管道输送监测，其利用无线传感器网络技术，对输油管道的温度、压力参数进行测量，通过传感网通信传输到监控中心，然后对采集的大量数据进行分析，从而可以间接对盗油、管道泄漏和停井等情况进行检测及监控；或者，由于采油厂通常由多口油井、计量站、管汇阀组、转油站、联合站、原油外输系统、油罐以及油田的其它分散设施组成，采油厂的各种设施的工作状态及采出油品的数据(主要有温度、压力、流量等)直接关系到油田生产的稳定及原油质量，因此，基于物联网的采油厂数据采集系统利用多传感器构成传感器网络，通过协同工作完成对较大面积区域的多种信息获取任务，并在终端采油点以及抽油机输油管道处设置温度传感器、流量计、压力传感器等传感网数据采集器，数据采集器与传感网连接，采集到管道的温度、压力、流量数据通过网络和广域网通信传回远端中心端，然后中心端可根据各方采集的数据进行流量统计和管道实时监控，解决了抽油井及海上采油平台的数据难以自动采集的问题。
但是，上述将物联网应用于石化生产过程中仅解决了石化生产过程中单个环节的多物理参量监测和智能控制，存在监测功能、监测数据类型单一、数据采集传输速度慢、智能化程度低、界面不直观等。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明所解决的技术问题是提供一种用于石化生产新型智能化的光纤传感物联网系统，其以光纤传感子系统作为物联网感知层，并能融合互联网，从而石化生产的全自动控制。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案内容具体如下：
一种用于石化生产新型智能化的光纤传感物联网系统，包括用于采集所述石化生产设备的运行信息的光纤传感模块、用于对所述运行信息进行预处理的信号处理模块、用于存储所述运行信息的数据存储模块、数据接口以及控制模块，所述光纤传感模块通过所述数据接口将所述运行信息传输至所述信号处理模块，当所述信号处理模块的预处理结果为异常时，所述信号处理模块输出控制指令，所述控制模块用于接收所述控制指令并控制所述石化生产设备调整运行状态。
进一步地，所述光纤传感模块包括设置在所述石化生产设备上的传感单元以及用于监测所述石化生产设备运行状态的监测单元。
更进一步地，所述光纤传感模块还包括与所述传感单元相连接的采集单元，所述采集单元用于采集所述石化生产设备的运行信息。
更进一步地，所述传感单元包括温度传感器、压力传感器、应力传感器、振动传感器、液位传感器、流量传感器、浓度传感器、重量传感器、气体传感器以及声学传感器。
更进一步地，所述监测单元包括载氢高压管道监测单元、化学反应器监测单元、气液传输动力机械装备监测单元、焦炭塔密闭除焦监测单元、化工物料链式连续输运的计量监测单元、化学品输运管道腐蚀状况监测单元、成分及浓度监测单元以及安防监测单元。
进一步地，所述数据接口包括上行接口与下行接口，所述下行接口包括有线通信接口和无线通信接口。
进一步地，还包括远程控制平台，所述光纤传感模块通过所述数据接口将所述运行信息传输至所述远程控制平台，所述远程控制平台用于对所述运行信息进行分析并根据分析结果判定所述石化生产设备的运行状态。
更进一步地，所述远程控制平台利用Baunm-Welch算法对所述运行信息进行分析。
优选地，还包括与所述监测单元相连接的数据交互模块，当所述监测单元检测到异常信息时，所述数据交互模块控制预警模块工作。
更优选地，所述预警模块包括应急通信单元和报警单元。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明公开的用于石化生产新型智能化的光纤传感物联网系统，包括用于采集所述石化生产设备的运行信息的光纤传感模块、用于对所述运行信息进行预处理的信号处理模块、用于存储所述运行信息的数据存储模块、数据接口以及与所述信息处理模块相连接的辅助控制模块，所述光纤传感模块通过所述数据接口将所述运行信息传输至所述信号处理模块，当所述信号处理模块的预处理结果为异常时，所述信号处理模块输出控制指令，所述控制模块用于接收所述控制指令并控制所述石化生产设备调整运行状态，，其将物联网传感技术应用于石化生产过程中，可以实现同时监测和控制石化生产过程中不同设备和工艺，而且，所述控制系统还包括远程控制平台，其可以将不同石化生产设备的实时监测信息进行分析、交互以及远程控制，形成相互反馈的闭环系统。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1为本发明所述的用于石化生产新型智能化的光纤传感物联网系统的结构示意图；
其中，图1中的附图标记为：
1、光纤传感模块；2、信号处理模块；3、数据存储模块；4、主控制模块；5、数据交互模块；6、数据接口；7、远程控制平台；8、用户交互界面；9、采集单元；10、设备联动单元；11、预警模块。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下：
如图1所示的是本发明用于石化生产新型智能化的光纤传感物联网系统，其包括用于采集所述石化生产设备的运行信息的光纤传感模块1、用于对所述运行信息进行预处理的信号处理模块2、用于存储所述运行信息的数据存储模块3、数据接口6以及控制模块4，所述光纤传感模块1通过所述数据接口6将所述运行信息传输至所述信号处理模块2，当所述信号处理模块2的预处理结果为异常时，所述信号处理模块2输出控制指令，所述控制模块4用于接收所述控制指令并控制所述石化生产设备调整运行状态，其将物联网传感技术应用于石化生产过程中，可以实现同时监测和控制石化生产过程中不同设备和工艺。
所述信号处理模块2工作时，首先通过所述数据接口6接收所述光纤传感模块1采集的运行信息，然后所述信号处理模块2进行逻辑运算及分析，并根据分析结果输出控制指令。
所述光纤传感模块1包括设置在所述石化生产设备上的传感单元以及用于监测所述石化生产设备运行状态的监测单元。
具体地，所述传感单元包括温度传感器、压力传感器、应力传感器、振动传感器、液位传感器、流量传感器、浓度传感器、重量传感器、气体传感器以及声学传感器，从而通过上述传感器及时获取温度、压力等信息。
在本发明中，针对石化生产过程的工艺流程，所述监测单元包括载氢高压管道监测单元、化学反应器监测单元、气液传输动力机械装备监测单元、焦炭塔密闭除焦监测单元、化工物料链式连续输运的计量监测单元、化学品输运管道腐蚀状况监测单元、成分及浓度监测单元以及安防监测单元，从而不仅可以监测载氢高压管道及化学反应器中反应物质的成分、浓度、气压、液位、温度、流量等信息，而且还可以监测往复式压缩机、机泵群等石化关键设备的振动、位移、温度等运行状况、焦炭塔密闭除焦状态，化工物料链式连续输运的计量、工作状况、化学品输运管道腐蚀状况，生产过程中排放的废气、水物质成分及浓度以及石化重要生产场地的振动、温度等。而且，由于上述监测单元彼此之间相互独立，从而可以实现同时监测和控制石化生产过程中不同设备和工艺。
为了能够及时获取所述石化生产设备的运行信息，所述光纤传感模块1还包括与所述传感单元相连接的采集单元9，所述采集单元9用于采集所述石化生产设备的运行信息，具体地，所述运行信息不仅包括监测载氢高压管道及化学反应器中反应物质的成分、浓度、气压、液位、温度、流量等信息，而且还包括石化生产设备的电源状态、运行状态、故障信号等信息。
所述数据接口6包括上行接口与下行接口，所述下行接口包括有线通信接口和无线通信接口，其中有线通信接口包括AI、AO、DI、DO、RS232、RS485、CAN、Modbus、以太网等，无线通信接口包括ZigBee、3G/4G、WiFi、LoRa、NB-IOT等，所述数据上行接口通过工业以太网向上交付相关数据，从而实现对石化生产全过程的组网控制。
所述石化生产控制系统还包括远程控制平台7，所述光纤传感模块1通过所述数据接口6将所述运行信息传输至所述远程控制平台7，所述远程控制平台7用于对所述运行信息进行分析并根据分析结果判定所述石化生产设备的运行状态。
具体地，所述控制模块包括辅助控制单元以及用于接收控制指令的设备联动单元10，从而通过所述设备联动单元10实现所述石化生产设备的启动、停止、变速等动作，进而达到调整所述石化设备运行状态的目的。
所述远程控制平台7利用Baunm-Welch算法对所述运行信息进行分析，具体工作过程为：
(1)将预处理结果作为训练数据，然后将多路信号进行量化整形，每组信号进行归一化处理；
(2)利用随机数产生初始概率矩阵、初始状态概率矩阵和初始混淆矩阵；
(3)将初始概率矩阵、初始状态概率矩阵和初始混淆矩阵以及经过归一化处理的数据输入到模型中，然后利用最大似然参数估计获取概率矩阵、状态概率矩阵和混淆矩阵并计算输出的观察值与模型的匹配度；
(4)将概率矩阵、状态概率矩阵和混淆矩阵代入到模型中，输入下一时刻的整形后的数据包，进行新一次的训练，直到满足收敛条件。
为了能够及时了解异常信息，所述石化生产控制系统还包括与所述监测单元相连接的数据交互模块5，当所述监测单元检测到异常信息时，所述数据交互模块5控制预警模块11工作，具体地，所述预警模块11包括应急通信单元和报警单元，当所述监测单元检测到异常信息时，所述数据交互模块5控制所述报警器发出报警信息以及所述应急通信单元自动拨打应急电话以便工作人员及时处理异常情况，并打印出异常报告，提高所述石化生产设备运行的安全性。
为了便于及时了解所述石化生产设备的运行信息，所述石化生产控制系统还包括用户交互界面8，所述用户交互界面8可以实时显示所述监测单元的监测数据、所述石化生产设备的运行状态等信息。
本发明以所述气体传感器为例说明所述石化生产控制系统的作用过程：
(1)所述气体传感器通过下行接口将采集到的气体信息传输至所述信号处理模块2，所述信号处理模块2为由PLC与ARM构成的信号处理单元，所述信号处理单元根据各类气体的浓度进行逻辑计算分析并形成预处理结果，当所述预处理结果为异常时，所述信号处理单元输出控制指令，所述控制模块4接收所述控制指令后控制载氢管道的阀门及通风设备等调整其运行状态。
(2)所述光纤传感模块1通过所述下行接口将所述运行信息传输至所述远程控制平台7，所述远程控制平台7基于所述运行信息及历史运行信息，并利用Baunm-Welch算法对所述石化生产设备的运行状态进行判定，当出现异常时，及时提醒工作人员进行检修等处理。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种用于石化生产新型智能化的光纤传感物联网系统，其特征在于：包括用于采集所述石化生产设备的运行信息的光纤传感模块、用于对所述运行信息进行预处理的信号处理模块、用于存储所述运行信息的数据存储模块、数据接口以及控制模块，所述光纤传感模块通过所述数据接口将所述运行信息传输至所述信号处理模块，当所述信号处理模块的预处理结果为异常时，所述信号处理模块输出控制指令，所述控制模块用于接收所述控制指令并控制所述石化生产设备调整运行状态。
2.如权利要求1所述的用于石化生产新型智能化的光纤传感物联网系统，其特征在于：所述光纤传感模块包括设置在所述石化生产设备上的传感单元以及用于监测所述石化生产设备运行状态的监测单元。
3.如权利要求2所述的用于石化生产新型智能化的光纤传感物联网系统，其特征在于：所述光纤传感模块还包括与所述传感单元相连接的采集单元，所述采集单元用于采集所述石化生产设备的运行信息。
4.如权利要求3所述的用于石化生产新型智能化的光纤传感物联网系统，其特征在于：所述传感单元包括温度传感器、压力传感器、应力传感器、振动传感器、液位传感器、流量传感器、浓度传感器、重量传感器、气体传感器以及声学传感器。
5.如权利要求3所述的用于石化生产新型智能化的光纤传感物联网系统，其特征在于：所述监测单元包括载氢高压管道监测单元、化学反应器监测单元、气液传输动力机械装备监测单元、焦炭塔密闭除焦监测单元、化工物料链式连续输运的计量监测单元、化学品输运管道腐蚀状况监测单元、成分及浓度监测单元以及安防监测单元。
6.如权利要求1所述的用于石化生产新型智能化的光纤传感物联网系统，其特征在于：所述数据接口包括上行接口与下行接口，所述下行接口包括有线通信接口和无线通信接口。
7.如权利要求1所述的用于石化生产新型智能化的光纤传感物联网系统，其特征在于：还包括远程控制平台，所述光纤传感模块通过所述数据接口将所述运行信息传输至所述远程控制平台，所述远程控制平台用于对所述运行信息进行分析并根据分析结果判定所述石化生产设备的运行状态。
8.如权利要求7所述的用于石化生产新型智能化的光纤传感物联网系统，其特征在于：所述远程控制平台利用Baunm-Welch算法对所述运行信息进行分析。
9.如权利要求2-8任何一项所述的用于石化生产新型智能化的光纤传感物联网系统，其特征在于：还包括与所述监测单元相连接的数据交互模块，当所述监测单元检测到异常信息时，所述数据交互模块控制预警模块工作。
10.如权利要求9所述的用于石化生产新型智能化的光纤传感物联网系统，其特征在于：所述预警模块包括应急通信单元和报警单元。
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