1、油气处理站库智能预警与诊断系统研究与应用摘 要 采用实时数据库系统，提取现场 DCS 实时数据，智能预警设备故障，帮助操作人员及时获知潜在的故障和隐患，并能通过系统关联影响，判断故障原因，给出解决办法。 关键词 油气处理；智能；预警；诊断；知识库 doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2013 . 16. 027 中图分类号 TP277 文献标识码 A 文章编号 1673 - 0194（2013）16- 0044- 03 0 引 言 油气处理站库工艺流程都较为复杂，而监控人员通常在站库内实习几个月后即可上岗，当 DCS 系统出现报警时，监控人员一
2、般只能向班长或岗位员工汇报报警信息，并不能判断故障发生的根本原因。需要现场岗位员工再询问相关数据后判断故障点，延长故障排除时间。本系统根据运行趋势、历史运行状态提前预警可能发生的故障，并能自动判断故障发生的原因。 面对油气处理站库复杂的工艺流程，各种压力、温度、液位等参数，只有经验丰富的员工才能对参数故障快速反应。基于实时数据库，实时反映当前的生产状态，并通过计算分析，获知潜在的故障和隐患，根据知识库推理技术自动判断故障原因，并为监控人员提供解决故障的措施，提高响应速度。同时系统采用 B/S 结构，管理者通过网络即可随时掌握生产状态，查找影响产量运行的原因，及时优化工艺参数。 1 系统设计 1
3、.1 设计目标 1.1.1 提前预警 寻找工艺各关联部分，根据历史运行趋势，持续发生变化时提前预警，及早发现系统隐患。系统汲取技术专家的经验为新员工服务。 1.1.2 自动诊断 报警发生时，系统自动判断相关联的参数值，通过设定条件依次判断所有可能原因，并给操作人员处理方法。 1.1.3 历史回放及运行指标 系统记录各参数点的所有历史信息，能根据时间轴查看，或设定时间段自动回放。同时分析各设备的运行曲线，判断工艺运行状况，找出经常出现报警的点，根据原因进行优化，保障系统平稳运行。 1.1.4 交互式知识库（经验库） 系统可以通过交互式的界面充实知识库。当出现 DCS 系统出现报警，系统从知识库中
4、检索相关信息，并自动判断故障因，若无相关解决办法时，可由技术人员进行补充。 1.1.5 信息推送 网页浏览和信息推送的方式，便于站内领导随时掌握站内生产信息。1.2 系统结构 1.2.1 通讯方式 物理上的连接是通过在操作员站上安装双网卡，一块网卡与现场 DCS系统的操作员站、控制器通讯，另外一块网卡用于与本系统的实时数据库进行数据交换。 软件方面，实时数据库与 DCS 之间通过 OPC 接口通讯，OPC 全称是Object Linking and Embedding（OLE） for Process Control，它的出现为基于 Windows 的应用程序和现场过程控制（DCS）应用建立了
5、桥梁。OPC 为数据交换提供了开放的标准接口。预警系统通过实时数据库的 API调用实时数据库数据。 1.2.2 数据传输 实时数据库是预警系统的生产数据的来源，实时数据库从 DCS 获取生产装置的实时数据，并进行存储，每个数据具有数值、时间、质量、采集状态等信息。本系统按取样周期每秒读取现场仪表的当前值，存入实时数据库中。系统读取实时数据库的数据并展示在工艺流程上，实现远程监视。系统产生的预警状态存入实时数据库中，并通过检索知识库中相关信息，将预警产生的记录、诊断结果、处理方式存入关系数据库，便于后期的查询。 2 功能设计 系统按功能可分为实时数据库封装模块、预警引擎模块、预警模型定义模块、预
6、警响应模块、权限定义模块和运行日志模块。 预警引擎调用预警模型定义模块获得预警定义信息，并且通过实时数据库接口模块获取生产数据，在线监测预警条件，条件满足则产生预警，产生的预警信息发送给预警响应模块，由响应模块为用户界面提供数据。 2.1 实时数据库接口模块 为了使本系统可以有更好的扩展性，对实时数据库接口的封装，若使用其他实时数据库产品，只需要重新构建本模块即可支持预警系统运行，同时该模块可以实现实时数据库调用接口的对象化。 2.2 预警模型定义模块 本模块实现定义和维护知识库功能。知识库的组织和丰富程度决定了预警系统的判断准确性，实现预警知识库的在线维护、存储、在线查询等功能，并提供给其他
7、模块调用。 知识库采用多叉树的表述方式，知识库数的深度和广度都会在后期应用中补充，从树根到树叶每层的节点都对应一到多个子节点，每个节点都可在后期进行修改。系统推理机的推理过程，即为对知识树的遍历问题。 石西集中处理站是一套集原油处理、清水处理、注水、加药、消防等多个工艺流程组成百万吨原油处理能力为每年 120 万吨的集输站库。工艺流程上每个设备对应多个参数，一个参数对应高报、低报等多种报警状态，一种报警状态可能由多种原因导致。知识库对每种故障原因进行分析，尽可能寻找关联参数，分析报警可能的原因，根据判断依据自动排除无关因素，并提供处理措施。 2.3 预警引擎模块 预警模块是对预警定义的参数进行
8、扫描，根据定义从实时数据库获得数据，计算判定条件，如果发现条件满足，则产生预警。在运行过程中，如果收到预警定义模块的知识库修改消息，则根据消息更新部分或全部的预警信息，然后继续进行预警监测。 本系统常用到的预警算法依据历史曲线判断、斜率、速率、变化趋势等。 （1）排除无效波动。根据历史运行曲线，排除参数因外界干扰，出现个别数值，或短时间内（如 1 分钟以内）的大幅跳动。因为该值出现了显著误差，并没有反映真实情况，系统结合历史曲线判断，数据可信度低，此时不报警。若持续出现波动，即该测量值包含故障信息。 （2）根据斜率预警。斜率可以反应某一参数的变化率。本系统中，对监测对象进行斜率计算，判定变化率
9、是否满足生产需要，如液位上涨的速度、运行温度、压力变化等。 （3）变化趋势判断。是指参数按一定趋势逐渐变化，并在一定时间范围内达到正常的工作值。当设定时间内参数值未达到正常值或趋势变化较慢，可判断工艺部分有故障，报警提示。当运行值缓慢偏离固定值时，仍为可接受的正常工作状态，当运行值持续偏离固定值时，触发预警。 如泵启动过程中，系统检测到泵的转速提高，但出口压力持续较低，即可判断管线破或进口阀门未打开。 （4）速率变化。油气处理系统储罐液位的变化速率可以判断出液或进液是否正常。以净化油罐液位为例，预警引擎根据历史上净化油外输或进液的正常运行速率，判断净化油罐液位变化是否正常范围，若产生波动报警提
10、示。同时根据速率计算到达阈值时间，提前预警。 （5）状态判断。判断设备或工艺是否停运，若检测设备为正常停运状态，系统不提示报警，仅在流程图上颜色标识。判断方法为检测同种功能设备是否有正常运行，关联工艺管线压力、流量判断等。 2.4 预警响应模块 2.4.1 自动诊断 预警响应模块在收到预警模块产生的报警后，自动根据知识库定义的信息逐条判断，自动判断是否符合，检测完成后列出所有故障原因及解决办法，并按历史出现故障多少排序显示。若没有测量的数据支持判断，将提示人工进行判断。 2.4.2 人机界面 接收预警引擎产生的报警，提供用户交互的调用接口，人机界面调用该接口实现对预警的确认、修改等，由用户界面
11、指导用户交互式完成故障确认，形成完整的预警记录写入报警记录数据库。 2.5 其他模块 权限定义模块主要用于用户管理、权限分配等。用户每次对系统的修改、查看、回放等都要经过权限认证。 运行日志模块为其他的模块提供一个统一的日志记录接口，实现日志的统一管理，维护日志文件，提供日志检索。选择参数和对应的时间在历史数据库中进行查询数据，将查询出来的结果绘制成曲线显示到窗体中，并能进行自动回放。 3 应用效果 系统的应用功能有流程监控、预警功能、参数曲线分析、参数定义、预警信息查询、系统管理等。 （1）提前预警。根据规则做出判断，最大限度地弥补了 DCS 系统可扩展性差的劣势。同时减少装置的停产和维修也
12、会带来经济利益。 （2）自动诊断。为监控人员提供参考方法，提供及时的故障信息、准确的判断、可靠的措施，可以最快解决故障原因，降低经济损失。 （3）历史回放。根据历史曲线回放，再现设备运行时参数变化的趋势，找寻规律。 （4）知识库规则化。系统将专家经验按树型结构组成，与当前的生产参数进行有机关联，交互式的知识库录入，价值更显著。 4 结束语 通过建立知识库系统，将油气处理站库各种工艺参数关联因素通过树型结构扩展，建立合理的推理机制。通过各种计算方法判断参数的运行状态，实现提前预警，并判断可能因素，给出解决措施。不但给监控人员提供参考，同时可以让管理者在办公室即可清楚掌握生产状态，为日常工作带来极大的便利。 主要参考文献 1孙东.抽油机电参数远程智能故障诊断技术研究J.自动化仪表，2012，33（5）：22-23.
