CN110134079A - 一种基于斜率分析的工艺参数预警方法及系统 - Google Patents

一种基于斜率分析的工艺参数预警方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于斜率分析的工艺参数预警方法及系统，其方法包括，从生产系统实时数据库中获取工艺参数的监测数据样本；根据监测数据样本计算得到表征工艺参数变化速度的斜率值；基于斜率值计算该工艺参数在预测窗口时间后的预测值，以及该工艺参数从当前值到达预警点的耗时时长；基于该工艺参数预设的预警配置、预测值、耗时时长生成该工艺参数的预警信息；按照预设的预警分级推送机制推送预警信息。本发明是建立在实时数据基础之上的在线计算和分析方法，能够对各种工艺参数进行连续分析和诊断，发现隐患，提早预知风险，以便及时给出科学的指导意见。采用分级预警及推送，细化了预警信息及预警方式，对生产调度管理提供了更有力的支持。

Description

一种基于斜率分析的工艺参数预警方法及系统
技术领域
本发明属于石化生产技术领域，特别涉及一种基于斜率分析的工艺参数预警方法及系统。
背景技术
工艺参数是反映企业安全生产状态的重要指标。在原油开采、炼油、化工等工业企业，其生产运营的典型特征是昼夜连续生产，生产过程多采用管道、容器等设备，物料在流动过程完成物理和化学加工过程，其中生产过程和流动过程中的工艺参数需要进行监控，尤其是需要根据趋势预先调整，以免发生停产事故或安全事故。
发明内容
本发明所要解决的技术问题之一是提出一种基于斜率分析的工艺参数预警方法，对生产调度调整提供辅助支持，以避免发生停产事故或安全事故。
为了解决上述技术问题，本申请的实施例首先提供了一种基于斜率分析的工艺参数预警方法，包括如下步骤，
从生产系统实时数据库中获取工艺参数的监测数据样本；
根据所述监测数据样本计算得到表征所述工艺参数变化速度的斜率值；
基于所述斜率值计算该工艺参数在预测窗口时间后的预测值，以及该工艺参数从当前值到达预警点的耗时时长；
基于该工艺参数预设的预警配置、所述预测值、所述耗时时长生成该工艺参数的预警信息；
按照预设的预警分级推送机制推送所述预警信息。
优选地，所述预警配置包括预警时间阈值和预警阈值区间，所述预警信息包括预警的推送等级和事件等级；其中，生成和推送预警信息包括以下步骤：
将所述预测值与所述预警阈值区间的各端点值进行比较，判断所述预测值所处的预警阈值区间，以确定所述预警的事件等级；
将所述耗时时长与所述预警时间阈值进行比较，以确定所述预警的推送等级；
根据所述预警的推送等级和事件等级，按照预设的预警分级推送机制推送所
述预警信息。
优选地，确定所述预警的事件等级具体为：
当所述预测值大于等于第一高限端点值小于第二高限端点值时，所述预测值落入高报阈值区间，所述预警的事件等级为高报警事件；
当所述预测值大于等于第二高限端点值小于第三高限端点值时，所述预测值落入较高报阈值区间，所述预警的事件等级为较高报警事件；
当所述预测值大于等于第三高限端点时，所述预测值落入超高报阈值区间，所述预警的事件等级为超高报警事件；
当所述预测值小于等于第一低限端点值大于第二低限端点值时，所述预测值落入低报阈值区间，所述预警的事件等级为低报警事件；
当所述预测值小于等于第二低限端点值大于第三低限端点值时，所述预测值落入较低报阈值区间，所述预警的事件等级为较低报警事件；
当所述预测值小于等于第三低限端点时，所述预测值落入超低报阈值区间，所述预警的事件等级为超低报警事件；
其中，所述第三高限端点值、第二高限端点值、第一高限端点值、第一低限端点值、第二低限端点值和第三低限端点值被配置成从大到小依次排列。
优选地，确定所述预警的推送等级具体为：
当所述耗时时长小于第一预警时间阈值时，所述预警的推送等级为火急预警等级；
当所述耗时时长大于等于第一预警时间阈值小于第二预警时间阈值时，所述预警的推送等级为紧急预警等级；
当所述耗时时长大于等于第二预警时间阈值时，所述预警的推送等级为一般
预警等级；
其中，所述第一预警时间阈值小于所述第二预警时间阈值。
优选地，利用不同的颜色标识不同的推送等级。
优选地，按照预设的预警分级推送机制推送所述预警信息具体为：
当所述预警的推送等级为一般预警等级时，将所述预警信息向责任部门推送；
当所述预警的推送等级为紧急预警等级时，将所述预警信息向厂级推送；
当所述预警的推送等级为火急预警等级时，将所述预警信息向公司级推送。
优选地，从生产系统实时数据库中获取工艺参数的监测数据样本，具体包括以下步骤：
步骤1，根据所述工艺参数的位号参数从所述实时数据库获取当前时刻的数据和前一时刻的历史数据；
步骤2，判断所述当前时刻的数据与前一时刻的历史数据是否相等；
若不等，则从所述实时数据库中选取在当前时刻的数据之前预定个数的历史数据，将当前时刻的数据和选取的预定个数的历史数据一起作为所述监测数据样本；
若相等，则于下一时刻重复执行步骤1至2。
优选地，所述预定个数大于等于10。
优选地，根据所述监测数据样本计算表征该工艺参数变化速率的斜率值，具体为，
根据所述监测数据样本，采用最小二乘法进行拟合，确定所述斜率值。
本申请的实施例还提供了一种基于斜率分析的工艺参数预警系统，包括计算机可读存储介质，其中存储有程序，所述程序在被处理器执行时实现如上述实施例中任一项所述的工艺参数预警方法。
与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：
基于斜率分析的工艺参数预警是建立在实时数据基础之上的在线计算和分析系统，能够对各种工艺参数进行连续分析和诊断，发现隐患，提早预知风险，以便及时给出科学的指导意见。采用分级预警及推送，细化了预警信息及预警方式，对生产调度管理提供了更有力的支持。
本发明的其他优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本申请的技术方案或现有技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分。其中，表达本申请实施例的附图与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，但并不构成对本申请技术方案的限制。
图1是根据本发明的工艺参数预警方法的流程示意图；
图2是根据本发明一实施例的工艺参数预警方法中获取监测数据样本的流程示意图；
图3是根据本发明一实施例的工艺参数预警系统的预警信息显示界面；
图4是根据本发明一实施例的工艺参数预警系统的预警信息配置界面；
图5是包含有本发明的一工艺参数预警系统实施例的调度管理系统的处置方案推送界面。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成相应技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。本申请实施例以及实施例中的各个特征，在不相冲突前提下可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
在实际的生产中，生产系统实时数据库中储存有通过各种现场仪表采集的实时工艺参数信息，这些数据信息是本发明预警方法的数据基础。例如，某装置中压缩机一级反飞动调节阀定位器失灵会导致气压机一级反飞动调节阀全开，反应压力快速升高，同时气压机发生喘振，外操人员应立即于现场关小气压机一级反飞动后手阀，使反应压力恢复正常，避免放火炬环保事件的发生。现场仪表实时监测该点的压力工艺参数信息，并存储在生产系统的实时数据库中。下面以该压力工艺参数为例，对本发明作具体说明：
如图1步骤S110所示，本发明基于斜率分析的工艺参数预警方法，首先从生产系统实时数据库中获取工艺参数的监测数据样本，具体到本实施例中，就是获取压力工艺参数的监测数据样本。
而为节省计算资源需求，高效获取计算所需数据，在实施例中采用如下具体步骤获取监测数据样本：
如图2中步骤210所示，根据工艺参数的位号参数从实时数据库获取当前时刻的数据和前一时刻的历史数据。在生产管理系统中，各监测点都具有其所对应的位号参数，该位号参数可用于在实时数据库中标识不同监测点所对应的工艺参数。
在从实时数据库得到当前时刻的数据和前一时刻(例如10秒)的历史数据后，继续如图2中步骤S220所示，判断当前时刻的数据与前一时刻的历史数据是否相等；
若不等，则如步骤S230所述，从实时数据库中选取在当前时刻的数据之前预定个数的历史数据，将当前时刻的数据和选取的预定个数的历史数据一起作为监测数据样本。也即在该实施例中，被监测的工艺参数出现实时变化时，采获取监测数据样本。具体的，为了便于实现后续的斜率计算，历史数据的预定个数为大于等于10个，如该实施例中选取当前时刻的数据之前15个历史数据。
而若相等，如图2所示，则于下一时刻重复执行步骤210至步骤220，继续判断被监测的工艺参数是否出现实时变化。
继续回到图1，获取到监测数据样本后，进行步骤S120，根据步骤S110中得到的监测数据样本计算得到表征该工艺参数变化速度的斜率值。继续以上述监测压力工艺参数的实施例为例，作为一种优选的计算斜率值的方法，该实施例中根据监测数据样本，采用最小二乘法进行拟合，来确定斜率值。
为便于理解该方法，下面对最小二乘法拟合方法的原理进行简要说明：
设拟合直线方程为y＝b0+b1·x，则y的估值为由于y和之间存在误差，即误差而根据最小二乘法原则，必须使这些误差的平方和为最小，即最小；
根据微积分求极值的原理，有
求导，整理得
再变换得拟合方程系数
即得到斜率b1的计算表达式。
在该实施例中，基于步骤S110中获得监测数据样本，用最小二乘法进行线性拟合：y＝m1·T1+m1·T2+···+mn·Tn+b，其中n＝16，T16表示当前时刻的实时值，T1、T2……对应表示当前时刻前的15个数据，mn是与每个Tn值相对应的斜率，y是自变量Tn的函数值，b为常量。通过最小二乘法进行线性拟合，最终得到当前时刻对应的斜率m16的值，作为表征该压力工艺参数变化速度的斜率值。
在得到表征该工艺参数变化速度的斜率值之后，继续图1中的步骤S130，基于得到的斜率值计算该工艺参数在预测窗口时间后的预测值，以及该工艺参数从当前值到达预警点的耗时时长。
预测值和耗时时长为后续生成预警信息的依据之一，这里的预警点指根据具体的工艺要求而设定的相应工艺参数的预警阈值，预测窗口时间为一时间段，例如该时间段为5秒，预测值则是指相对于当前时刻经过5s后该工艺参数的值。需要说明的是预警点与预测窗口时间都需根据具体应用场景来配置，本发明对这两者不做具体限定。
具体的，两者的计算方法，以该实施例为例，预测值＝当前工艺参数值+斜率值*预测窗口时间，而耗时时长＝(预警点参数值-当前参数值)/斜率值。
步骤S130之后，继续图1中步骤S140，基于该工艺参数预设的预警配置、预测值、耗时时长生成该工艺参数的预警信息。
在该实施例中，预设的预警配置包括预警时间阈值和预警阈值区间，预警信息包括预警的推送等级和事件等级，生成预警信息包括生成预警的推送等级和预警的事件等级。
具体的，将预测值与预警阈值区间的各端点值进行比较，判断预测值所处的预警阈值区间，以生成并确定预警信息中预警的事件等级。在该实施例中，针对该压力参数(单位kpa)，预警阈值区间划分为高报阈值区间[100,120)、较高报阈值区间[120,130)、超高报阈值区间[130,∞)、低报阈值区间(75,80]、较低报阈值区间(70,75]和超低报阈值区间(-∞,70]，则确定预警的事件等级具体为：
当预测值大于等于第一高限端点值100小于第二高限端点值120时，预测值落入高报阈值区间，预警的事件等级为高报警事件；当预测值大于等于第二高限端点值120小于第三高限端点值130值时，预测值落入较高报阈值区间，预警的事件等级为较高报警事件；当预测值大于等于第三高限端点值130时，预测值落入超高报阈值区间，预警的事件等级为超高报警事件；
当预测值小于等于第一低限端点值80大于第二低限端点值75时，预测值落入低报阈值区间，预警的事件等级为低报警事件；当预测值小于等于第二低限端点值75大于第三低限端点值70时，预测值落入较低报阈值区间，预警的事件等级为较低报警事件；当预测值小于等于第三低限端点值70时，预测值落入超低报阈值区间，预警的事件等级为超低报警事件。
具体的，将耗时时长与预警时间阈值进行比较，生成并确定预警信息中预警的推送等级。在该实施例中，预警时间阈值包括第一预警时间阈值和第二预警时间阈值，举例而言其分别对应为5分钟和15分钟，则确定预警的推送等级具体为：
当耗时时长小于5分钟时，预警的推送等级为火急预警等级；当耗时时长大于等于5分钟小于15分钟时，预警的推送等级为紧急预警等级；当耗时时长大于等于15分钟时，预警的推送等级为一般预警等级。而作为一种优选，可利用不同的颜色标识不同的推送等级，如将火急预警等级用红色标识，将紧急预警等级用橙色标识，一般预警等级用黄色标识。
最后如图1中步骤S150所示，按照预设的预警分级推送机制推送预警信息。本发明中采用分级推送机制主要是出于管理细化的目的。同样以该实施例为例，其根据S140中确定的预警的推送等级和事件等级，按照预设的预警分级推送机制推送预警信息，其预警分级推送机制为：
当预警的推送等级为一般预警等级时，将该预警信息向责任部门推送，例如当班的班组，向其推送提示该压力工艺参数发生了那种报警事件；当预警的推送等级为紧急预警等级时，说明其紧急程度更高，将该预警信息向厂级推送，如该乙烯装置所在炼厂的各生产相关部门；而预警的推送等级为火急预警等级时，说明其紧急程度最高，需向更广的范围推送，如向公司级推送。
此外，本申请的实施例还提供了一种基于斜率分析的工艺参数预警系统，包括计算机可读存储介质，其中存储有程序，该程序在被处理器执行时实现如上述实施例中任一项所述的工艺参数预警方法。在一具体的实施例中，该预警系统内嵌为调度管理系统的子系统，图3所示界面为该系统的预警信息显示界面，图4所示界面为该系统的预警信息配置界面，
需要说明的是，在上述实施例的调度管理系统中，预警系统子系统与调度管理可进行有机结合，如图5所示，在推送一预警信息时，同时为调度人员提供针对该预警信息的处置方案，调度人员点击“处置”即推出匹配方案，操作人员对于系统自动推送的方案可选择“采用”“不采用+新建”“采用+修改”中的某一项，生成实际处置方案，然后进入指令流程。预警事件处理结束后，根据本次预警事件的处理记录决定是需要否沉淀新方案，若需要，则在预警事件处置方案配置表中新增或者更新该预警事件新的方案模板。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于斜率分析的工艺参数预警方法，包括如下步骤，
从生产系统实时数据库中获取工艺参数的监测数据样本；
根据所述监测数据样本计算得到表征所述工艺参数变化速度的斜率值；
基于所述斜率值计算该工艺参数在预测窗口时间后的预测值，以及该工艺参数从当前值到达预警点的耗时时长；
基于该工艺参数预设的预警配置、所述预测值、所述耗时时长生成该工艺参数的预警信息；
按照预设的预警分级推送机制推送所述预警信息。
2.根据权利要求1所述的工艺参数预警方法，其特征在于，所述预警配置包括预警时间阈值和预警阈值区间，所述预警信息包括预警的推送等级和事件等级；其中，生成和推送预警信息包括以下步骤：
将所述预测值与所述预警阈值区间的各端点值进行比较，判断所述预测值所处的预警阈值区间，以确定所述预警的事件等级；
将所述耗时时长与所述预警时间阈值进行比较，以确定所述预警的推送等级；
根据所述预警的推送等级和事件等级，按照预设的预警分级推送机制推送所述预警信息。
3.根据权利要求2所述的工艺参数预警方法，其特征在于，确定所述预警的事件等级具体为：
当所述预测值大于等于第一高限端点值小于第二高限端点值时，所述预测值落入高报阈值区间，所述预警的事件等级为高报警事件；
当所述预测值大于等于第二高限端点值小于第三高限端点值时，所述预测值落入较高报阈值区间，所述预警的事件等级为较高报警事件；
当所述预测值大于等于第三高限端点时，所述预测值落入超高报阈值区间，所述预警的事件等级为超高报警事件；
当所述预测值小于等于第一低限端点值大于第二低限端点值时，所述预测值落入低报阈值区间，所述预警的事件等级为低报警事件；
当所述预测值小于等于第二低限端点值大于第三低限端点值时，所述预测值落入较低报阈值区间，所述预警的事件等级为较低报警事件；
当所述预测值小于等于第三低限端点时，所述预测值落入超低报阈值区间，所述预警的事件等级为超低报警事件；
其中，所述第三高限端点值、第二高限端点值、第一高限端点值、第一低限端点值、第二低限端点值和第三低限端点值被配置成从大到小依次排列。
4.根据权利要求2所述的工艺参数预警方法，其特征在于，确定所述预警的推送等级具体为：
当所述耗时时长小于第一预警时间阈值时，所述预警的推送等级为火急预警等级；
当所述耗时时长大于等于第一预警时间阈值小于第二预警时间阈值时，所述预警的推送等级为紧急预警等级；
当所述耗时时长大于等于第二预警时间阈值时，所述预警的推送等级为一般预警等级；
其中，所述第一预警时间阈值小于所述第二预警时间阈值。
5.根据权利要求4所述的工艺参数预警方法，其特征在于，
利用不同的颜色标识不同的推送等级。
6.根据权利要求4或5所述的工艺参数预警方法，其特征在于，按照预设的预警分级推送机制推送所述预警信息具体为：
当所述预警的推送等级为一般预警等级时，将所述预警信息向责任部门推送；
当所述预警的推送等级为紧急预警等级时，将所述预警信息向厂级推送；
当所述预警的推送等级为火急预警等级时，将所述预警信息向公司级推送。
7.根据权利要求1所述的工艺参数预警方法，其特征在于，从生产系统实时数据库中获取工艺参数的监测数据样本，具体包括以下步骤：
步骤1，根据所述工艺参数的位号参数从所述实时数据库获取当前时刻的数据和前一时刻的历史数据；
步骤2，判断所述当前时刻的数据与前一时刻的历史数据是否相等；
若不等，则从所述实时数据库中选取在当前时刻的数据之前预定个数的历史数据，将当前时刻的数据和选取的预定个数的历史数据一起作为所述监测数据样本；
若相等，则于下一时刻重复执行步骤1至2。
8.根据权利要求7所述的工艺参数预警方法，其特征在于，所述预定个数大于等于10。
9.根据权利要求1所述的工艺参数预警方法，其特征在于，根据所述监测数据样本计算表征该工艺参数变化速率的斜率值，具体为，
根据所述监测数据样本，采用最小二乘法进行拟合，确定所述斜率值。
10.一种基于斜率分析的工艺参数预警系统，包括计算机可读存储介质，其中存储有程序，所述程序在被处理器执行时实现如权利要求1至9中任一项所述的工艺参数预警方法。
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