一种立式真空相变加热炉远程控制方法及系统

技术领域

本发明属于远程控制技术领域，具体涉及一种立式真空相变加热炉远程控制方法及系统。

背景技术

在当今的石油和天然气行业中，高效、安全和环保的油田开发技术日益受到重视。特别是在全球能源危机和环境污染问题日益凸显的背景下，节能与减排已成为石油开发技术的核心指向。

立式真空相变加热炉作为油田的关键设备，其工作效率直接影响到整个油田的运营成本和碳排放。传统的加热炉往往使用了大量的燃料进行加热，这不仅消耗了宝贵的能源，而且会产生大量的温室气体，对环境造成重大压力。此外，由于加热不均匀、控制不精确，常常导致能源的浪费和石油的过度加热。为了解决这些问题，现代立式真空相变加热炉采用了高精度的传感器和先进的控制技术，能够实时监测和调整加热炉的工作状态。但是，立式真空相变加热炉往往是独立的控制系统，一方面，系统出了问题，要逐步排查，导致维护困难，另一方面系统的维护往往需要在现场安排固定的职员对设备进行长期维护和监测，导致工作效率低，人力开销大，造成了一定程度上的资源浪费。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种立式真空相变加热炉远程控制方法及系统，远程控制技术的引入，更是为油田的节能和环保开辟了新的途径。而远程控制技术可以使操作人员在控制中心实时监测和控制多台加热炉的工作状态，不仅提高了工作效率，还可以确保加热炉始终处于最佳的工作状态，从而达到节能和减排的目标。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种立式真空相变加热炉远程控制方法，包括以下步骤：

S1：获取监测信息，所述监测信息包括压力信息、气压信息、火力信息、水位信息、排烟温度信息，将所述监测信息发送至远程控制中心；

S2：在所述远程控制中心将获取的所述监测信息作为信息变量生成测试向量，并对所述测试向量进行等值化获得常态表示矩阵，计算公式为：

其中，

其中，

其中，

S3：对所述非线性映射通过多类逻辑回归得到分类器，其中，所述分类器包括正常、警报、紧急三个状态，计算公式为：

其中，

S4：根据所述控制指令获取执行信息，返回所述执行信息并解除所述安全联锁；

S5：通过所述执行信息获取加热炉历史运行功率，根据所述加热炉历史运行功率调整加热炉工作参数并发送加热炉参数控制指令。

优选地，根据所述预警信息生成控制指令，将所述控制指令通过串口传输到控制器；其中，所述控制器包括压力变送器、空气压力开关、火焰监测装置、温度变送器、电极式液位控制器、燃烧器、水力输送开关、状态执行器。

优选地，所述步骤S4具体包括以下步骤：

根据所述压力变送器获取压力执行信息，比较所述压力执行信息和高压停炉值，若所述压力执行信息大于所述高压停炉值，则触发锅炉安全联锁，若所述压力执行信息小于所述高压停炉值，则返回复位操作信息并解除安全联锁；

根据所述空气压力开关获取气压执行信息，解析燃烧器控制指令得到燃烧器状态信息，根据所述燃烧器状态信息比较所述气压执行信息与气压阈值，若所述燃烧器处于运行状态并且所述气压执行信息大于所述气压阈值，则正常运行，若在燃烧器运行中所述气压执行信息小于所述气压阈值，则触发燃烧器安全联锁；

根据火焰监测装置获取火力执行信息，根据所述火力执行信息判断点火是否成功，若点火成功，则发送正常运行指令到所述状态执行器，燃烧器进入正常火力调节阶段。若点火失败，则触发安全联锁；

根据所述温度变送器获取排烟温度执行信息，比较所述排烟温度执行信息和整定值，若所述排烟温度执行信息大于所述整定值，触发锅炉安全联锁，若所述排烟温度执行信息小于所述整定值，则返回复位操作信息并解除安全联锁。

优选地，所述步骤S4具体还包括根据所述电极式液位控制器获取水位执行信息，比较所述水位执行信息和水位阈值，若所述水位执行信息大于所述水位阈值，则触发安全联锁并发送控制指令至水力输送开关停止进水，若所述水位执行信息小于所述水位阈值，则发送正常运行指令到所述状态执行器并解除安全联锁。

优选地，所述步骤S5具体包括以下步骤：

根据所述执行信息获取加热炉历史运行功率，根据所述加热炉历史运行功率计算加热炉历史能耗，计算公式为：

根据加热炉额定功率计算加热炉标准能耗，计算公式为：

预设产出油品量，根据所述产出油品量计算加热炉效率，计算公式为：

根据所述产出油品量计算加热炉标准效率，计算公式为：

当

一种立式真空相变加热炉远程控制系统，包括：传感器模块，无线通讯模块，远程控制中心，控制模块，执行模块，以及能源管理模块；所述传感器模块用于实时监测加热炉的工作状态；所述无线通讯模块用于建立与远程控制中心的通信连接，接收远程控制中心的指令并将加热炉的状态信息发送到远程控制中心；所述远程控制中心接收并处理状态信息和控制指令；所述控制模块根据接收到的状态信息和控制指令，控制加热炉的各项操作；所述执行模块根据控制模块的指令，执行对应的操作；所述能源管理模块用于监测和调整加热炉的工作参数。

本发明的有益效果为：

（1）通过设置立式真空相变加热炉控制逻辑，远程控制中心对加热炉各项监测信息进行处理生成控制指令并建立安全联锁，能够实时监测和控制多台加热炉，提高了工作效率；

（2）通过设置基于执行信息获取加热炉历史运行功率，并根据加热炉历史运行功率调整加热炉工作参数并发送加热炉参数控制指令，确保加热炉始终处于最佳的工作状态，从而实现节能和减排。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的一种立式真空相变加热炉远程控制方法的流程示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为实现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。

请参阅图1，一方面，本发明提出一种立式真空相变加热炉远程控制方法，包括以下步骤：

S1：获取监测信息，所述监测信息包括压力信息、气压信息、火力信息、水位信息、排烟温度信息，将所述监测信息发送至远程控制中心；

S2：在所述远程控制中心将获取的所述监测信息作为信息变量生成测试向量，并对所述测试向量进行等值化获得常态表示矩阵，计算公式为：

其中，

其中，

S3：对所述非线性映射通过多类逻辑回归得到分类器，其中，所述分类器包括正常、警报、紧急三个状态，计算公式为：

其中，

S4：根据所述控制指令获取执行信息，返回所述执行信息并解除所述安全联锁；

S5：通过所述执行信息获取加热炉历史运行功率，根据所述加热炉历史运行功率调整加热炉工作参数并发送加热炉参数控制指令。

借助Tensor和Numpy相关的库，在数据集上进行训练和测试，通过DataLoader读取小批量数据样本，通过get_fashion_mnist_labels(labels)返回数据集的标签，通过text_labels = ['safe', 'warning', 'control',]设置分类标签，通过torch.zeros(num_outputs, requires_grad=True)和torch.normal(0, 0.01, size=(num_inputs, num_outputs), requires_grad=True)初始化模型参数，对于分类器使用softmax激活函数，对每个元素做指数运算，通过X_exp.sum(1, keepdim=True)对每行进行求和，使用PyTorch内置的优化器和损失函数计算梯度并更新模型参数，训练10个迭代周期得到分类预测模型；将监测信息作为输入，通过预测模型计算得到预警信息。

具体地，根据所述压力变送器获取压力执行信息，比较所述压力执行信息和高压停炉值，若所述压力执行信息大于所述高压停炉值，则触发锅炉安全联锁，若所述压力执行信息小于所述高压停炉值，则返回复位操作信息并解除安全联锁；

根据所述空气压力开关获取气压执行信息，解析燃烧器控制指令得到燃烧器状态信息，根据所述燃烧器状态信息比较所述气压执行信息与气压阈值，若所述燃烧器处于运行状态并且所述气压执行信息大于所述气压阈值，则正常运行，若在燃烧器运行中所述气压执行信息小于所述气压阈值，则触发燃烧器安全联锁；

根据火焰监测装置获取火力执行信息，根据所述火力执行信息判断点火是否成功，若点火成功，则发送正常运行指令到所述状态执行器，燃烧器进入正常火力调节阶段。若点火失败，则触发安全联锁；

根据所述温度变送器获取排烟温度执行信息，比较所述排烟温度执行信息和整定值，若所述排烟温度执行信息大于所述整定值，触发锅炉安全联锁，若所述排烟温度执行信息小于所述整定值，则返回复位操作信息并解除安全联锁。

根据所述电极式液位控制器获取水位执行信息，比较所述水位执行信息和水位阈值，若所述水位执行信息大于所述水位阈值，则触发安全联锁并发送控制指令至水力输送开关停止进水，若所述水位执行信息小于所述水位阈值，则发送正常运行指令到所述状态执行器并解除安全联锁。

在步骤S4中，将传感器模块获取的压力信息通过无线通讯模块发送至远程控制中心，压力信息是加热炉的压力值，获取压力信息便于实现加热炉超压保护，远程控制中心将压力信息与预设高压停炉值进行比较，当压力信息大于所述高压停炉值时，远程控制中心通过无线通讯模块向控制模块返回燃烧器控制指令，控制模块接收到燃烧器控制指令后控制执行模块关闭燃烧器。随后，控制传感器模块间隔预设时间检测压力信息，当压力信息下降至0.95Pa时，远程控制中心通过无线通讯模块向控制模块返回燃烧器启动指令，控制模块接收到燃烧器启动指令后控制执行模块启动燃烧器；当压力信息大于等于1.02Pa时，远程控制中心通过无线通讯模块向控制模块返回关闭燃烧器指令，控制模块接收到关闭燃烧器指令后控制执行模块，执行模块关闭燃烧器并分别建立燃烧器安全联锁和锅炉安全联锁，在燃烧器安全联锁和锅炉安全联锁状态下，加热炉无法启动，待排除故障且各项参数符合启动条件后方可重新启动。

将传感器模块获取的气压信息通过无线通讯模块发送至远程控制中心，气压信息为加热炉中供气管的压力值，通过压力值检测供气管密封状态，远程控制中心通过比较气压信息与预设气压阈值，若所述气压信息小于所述气压阈值，则远程控制中心通过无线通讯模块向执行模块返回关闭电磁阀指令，并向终端发送气压预警信息，执行模块接收到关闭电磁阀指令后控制执行模块关闭电磁阀；若所述气压信息大于所述气压阈值，则远程控制中心通过无线通讯模块向控制模块返回启动鼓风机指令，控制模块接收到启动鼓风机指令后控制执行模块启动鼓风机，此时，鼓风机开始对炉膛进行预吹扫，吹扫时间为42s，以清除加热炉内的残余可燃气体。

根据所述火力信息判断点火是否成功具体实现方式是通过传感器模块检测火焰光信号，通过光电二极管将火焰光信号转变火力电压值，火力电压值的范围为0伏至10伏的直流电压信号，通过无线通讯模块将火力电压值发送至远程控制中心，远程控制中心通过比较火力电压值与预设火力电压阈值，若所述火力电压值大于所述火力电压阈值，则点火成功，并通过无线通讯模块向控制模块返回保持燃烧指令信息，此时控制模块仅接收保持燃烧指令，不进行任何控制操作；若所述火力电压值小于等于所述火力电压阈值，则点火失败，通过无线通讯模块向控制模块返回关闭燃烧器指令，并向终端发送点火失败预警信息，控制模块接收到关闭燃烧指令后控制执行模块，执行模块关闭燃烧器并建立燃烧器安全联锁，在燃烧器安全联锁状态下，加热炉无法启动，待排除故障且各项参数符合启动条件后方可重新启动。

将传感器模块获取的排烟温度信息通过无线通讯模块发送至远程控制中心，排烟温度信息是加热炉烟箱烟气出口处的温度，远程控制中心通过比较排烟温度信息与整定值，若所述排烟温度信息大于所述整定值，则通过无线通讯模块向终端发送排烟温度预警信息，并通过无线通讯模块向控制模块返回切断电源指令，控制模块接收到切断电源指令后控制执行模块，执行模块切断电源并建立燃烧器安全联锁；若所述排烟温度信息小于等于所述整定值，则通过无线通讯模块向控制模块返回加热炉正常指令，此时控制模块仅接收水位正常指令，不进行任何控制操作。

将传感器模块获取的水位信息通过无线通讯模块发送至远程控制中心，水位信息为加热炉中水位的高度，远程控制中心比较水位信息与预设水位阈值，若水位信息大于水位阈值，则通过无线通讯模块向终端发送水位预警信息，若水位信息小于水位阈值，则通过无线通讯模块向控制模块返回水位正常指令，此时控制模块仅接收水位正常指令，不进行任何控制操作；当水位信息与水位阈值存在差异时，远程控制中心通过无线通讯模块控制传感器模块间隔预设时间采集水位信息，无线通讯模块将传感器模块采集的水位信息发送至远程控制中心，远程控制中心通过比较水位信息和预设极低水位，当所述水位信息小于等于所述极低水位，则通过无线通讯模块向控制模块返回关闭加热炉指令，控制模块接收到关闭加热炉指令后控制执行模块，执行模块关闭加热炉并建立锅炉安全联锁，在锅炉安全联锁状态下，加热炉无法启动，待排除故障且各项参数符合启动条件后方可重新启动。

步骤S5涉及能源管理模块，能源管理模块根据执行信息获取加热炉历史运行功率，根据加热炉历史运行功率计算加热炉历史能耗，计算公式为：

预设产出油品量，根据产出油品量计算加热炉效率，计算公式为：

另一方面，本发明提出一种立式真空相变加热炉远程控制系统，包括：传感器模块，无线通讯模块，远程控制中心，控制模块，执行模块，以及能源管理模块，其特征在于：传感器模块用于实时监测加热炉的工作状态；无线通讯模块用于建立与远程控制中心的通信连接，接收远程控制中心的指令并将加热炉的状态信息发送到远程控制中心；远程控制中心接收并处理状态信息和控制指令；控制模块根据接收到的状态信息和控制指令，控制加热炉的各项操作；执行模块根据控制模块的指令，执行对应的操作；能源管理模块用于监测和调整加热炉的工作参数。

本发明实施例的系统中包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络，包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，连接到用户计算机，或者连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。