一種輸油作業過程中儲罐設備液位高報警下的自動切換控制系統的製作方法
2023-09-23 11:36:30 4
本實用新型涉及一種輸油作業過程中儲罐設備液位高報警下的自動切換控制系統。
背景技術：
當前的儲油罐輸油過程中，儲油罐一般設置了液位高高報警聯鎖，其聯鎖觸發的規則是切斷儲罐前的進料閥，可以達到保護當前儲罐的液位不超標的目的。與此同時，為了保護機泵會儘量避免機泵的頻繁開啟，因此用於輸油作業的大型機泵在一個作業周期內，一般不會關閉。此外，儲罐的進料閥一般是相關人員在控制室或現場進行操作才能打開。因此，如果發生高高報警聯鎖的儲罐自動切斷了進料閥，而其他儲罐的進料閥沒有靠人工及時打開，極易造成輸油管道憋壓，從而造成管線的損壞，輕則發生洩漏，重則極易造成火災發生。
為了避免上述情況發生，在當前的實際操作中，有的罐區將儲罐液位高高報警聯鎖摘除，依靠人工盯表的方式，在某一儲罐液位達到上限時，即人工切換下一個儲罐的進料閥。這種方式令高高報警聯鎖失去了意義，且過多依賴人的自覺性與經驗，稍有不慎會造成儲罐的溢罐，同樣存在重大的安全隱患。
技術實現要素：
基於上述技術問題，本實用新型提供一種輸油作業過程中儲罐設備液位高報警下的自動切換控制系統。
本實用新型所採用的技術解決方案是：
一種輸油作業過程中儲罐設備液位高報警下的自動切換控制系統，包括：
罐區現場PLC控制系統，用於採集罐區現場生產數據，自動控制罐區現場設備；
遠程終端單元，通過乙太網將罐區現場PLC控制系統採集的生產數據寫入；
數據採集伺服器，通過RS-232串口通訊協議從遠程終端單元中讀取生產數據，並寫入資料庫中；
液位計，用於設定儲罐自動切換的觸發條件；
自動切換控制系統伺服器，通過採集來自罐區的實時數據，實時推理分析當前罐區現場各設備的可用狀態，在自動切換儲罐的條件觸發時，生成最優目標儲罐和最優作業路線，並將該命令通過遠程終端單元發回罐區現場PLC控制系統；
客戶端，調度人員或操作人員進行儲罐自動切換觸發條件的配置。
優選的，所述液位計包括報警液位計和在線測量液位計。
優選的，所述客戶端包括C/S客戶端和B/S客戶端。
本實用新型的有益技術效果是：
本實用新型可當液位高報警發生時，自動規劃下一步的輸油儲罐，並實現自動輸油切換作業，保障輸油安全。
附圖說明
下面結合附圖與具體實施方式對本實用新型作進一步說明：
圖1為本實用新型自動切換控制系統的結構原理圖。
具體實施方式
結合附圖，一種輸油作業過程中儲罐設備液位高報警下的自動切換控制系統，包括：
罐區現場PLC控制系統，用於採集罐區現場生產數據，自動控制罐區現場設備；
遠程終端單元，通過乙太網將罐區現場PLC控制系統採集的生產數據寫入；
數據採集伺服器，通過RS-232串口通訊協議從遠程終端單元中讀取生產數據，並寫入SQL Server資料庫中；
液位計，用於設定儲罐自動切換的觸發條件(設定自動切換的液位限值)；
自動切換控制系統伺服器，通過採集來自罐區的實時數據，實時推理分析當前罐區現場各設備的可用狀態，在自動切換儲罐的條件觸發時，生成最優目標儲罐和最優作業路線，並將該命令通過遠程終端單元發回罐區現場PLC控制系統；
客戶端，調度人員或操作人員進行儲罐自動切換觸發條件的配置。
上述自動切換控制系統各組成部分的連接關係如下：罐區現場PLC控制系統和液位計分別連接遠程終端單元，遠程終端單元通過串口通訊連接數據採集伺服器，數據採集伺服器連接自動切換控制系統伺服器，自動切換控制系統伺服器連接客戶端。
上述液位計包括現有高高報警的液位計和用於在線測量的液位計，二取一或二取二，設定自動切換的液位限值。
上述客戶端包括C/S客戶端和B/S客戶端。C/S客戶端使用戶能查看自動規劃並進行輸油作業的詳細運行狀況，適用於調度員、操作員。B/S客戶端便於用戶在企業使用辦公網上的任一電腦，即可了解罐區自動規劃並進行的輸油作業情況，適用於管理人員。
下面對採用上述自動切換控制系統進行輸油作業過程中儲罐設備液位高報警下的自動切換控制方法進行說明，該方法具體包括以下步驟：
a使用C#語言，對Visio進行二次開發，在此基礎上進行原油罐區工藝的圖形化組態：進行工藝流程圖的繪製；收集儀表、設備的信息，進行罐、閥、泵、管道的基本屬性配置。根據來源不同，將屬性分為靜態和動態屬性。
b將罐區現場上位機的生產數據，通過乙太網寫入RTU(Remote Terminal Unit，遠程終端單元，可負責對現場信號、工業設備的監測和控制。RTU是構成企業綜合自動化系統的核心裝置，通常由信號輸入/出模塊、微處理器、有線/無線通訊設備、電源及外殼等組成，由微處理器控制，並支持網絡系統)。本實用新型中新增加的數據採集伺服器通過RS-232串口通訊協議從RTU中讀取數據，並寫入SQL Server資料庫中，從而為輸油作業過程中儲罐設備液位高報警下的自動切換控制系統提供相應數據。RTU的使用，可將罐區「生產網」與本系統所在的「應用網」的網絡隔離，保障生產網的網絡安全。
c讀取實時生產數據，結合人工設置條件，由專家系統判斷各罐、泵、閥門、管線的使用狀態(包括在用狀態、故障狀態、可用狀態)，並寫入SQL Server資料庫中。各設備狀態可用狀態判斷規則如下：
罐：罐前閥關閉，罐液位低報，且無故障指示，則罐可用。
泵：監測電流大於0，泵入口、出口壓力分別大於限制，則泵已開，不可用；否則，在無故障指示下，可用。
閥：開關閥的開到位狀態為1時，閥打開，不可用；開關閥的關到位為1時閥關閉，可用；調節閥的開到位狀態為1，閥打開，不可用；調節閥的關到位為1時閥關閉，可用；調節閥的開到位狀態為0、關到位為0及反饋開度大於0時，閥打開，不可用。
管線及其他：根據閥的狀態及連接關係，通過廣度搜索方法，標記管線及其他的使用狀態。
d採用高高報警的液位計和用於在線測量的液位計，二取一或二取二，設定儲罐自動切換的觸發條件(自動切換的液位限值)。
e在達到液位高報警前，可人工或由系統自動指定作業的起止設備、必經設備、避開設備以及相關約束條件，以罐區設備的連接關係為基礎，結合各設備的可用狀態等實時限制條件，在自動切換儲罐的條件觸發時(當滿足上述液位限值時)，調用自動切換控制系統伺服器中的輸油策略規划算法引擎生成最優目標儲罐和最優作業路線，各閥設備按照給出的作業路線進行開關：首先打開目標儲罐的罐前閥及相關管線的閥門，然後關閉當前儲罐的罐前閥及相關線路，實現自動切換。
所述輸油策略規划算法引擎的開發大致如下：為了提高計算效率，在MATLAB中進行了基於BSTN網的算法包的開發。為了便於應用，將算法包打包成DLL形式。在Visual Studio開發套件中添加引用，約定好雙方的接口。接口形式如下表1：
表1
上述約束條件分為如下幾種：
1)經過節點最少
所謂「節點」，包括：閥門、管線連接點。此種方式，讓現場的操作動作最少。
2)長度最短
以管線長度最短為約束目標，此種方式，會降低摩擦阻力帶來的能耗損失。
f調度人員或操作人員根據實際需要通過客戶端進行儲罐自動切換觸發條件的配置。
上述步驟a中，各設備基本屬性如下表2：
表2
本實用新型以一種網絡算法-擴展狀態任務網(ESTN)實現在輸油作業過程中罐設備液位高報警下的自動切換的最優目標儲罐和最優作業路線的生成，並將計算推理的時間限制在5秒以內。本實用新型系統可以自動規劃並進行輸油作業，有利於保障罐區的安全操作，填補相關領域的空白。
具體實施時，可在油庫的機房配置一臺伺服器，運行「罐區儲罐設備液位高報警下的自動切換控制系統」伺服器版軟體，調度人員或操作人員使用C/S版客戶端進行儲罐自動切換觸發條件的配置。通過採集來自罐區的實時數據，實時推理分析當前各設備的可用狀態，在自動切換儲罐的條件觸發時，規劃出可以打開的下一個最優的目標儲罐及最優的作業路線，並將該命令通過RTU發回現場PLC，實現各類閥門的自動控制。
上述方式中未述及的有關技術內容採取或借鑑已有技術即可實現。
需要說明的是，在本說明書的教導下，本領域技術人員所作出的任何等同替代方式，或明顯變型方式，均應在本實用新型的保護範圍之內。