物聯(lián)網(wǎng)變送器及AI調(diào)度系統(tǒng)在輸油管網(wǎng)中的應(yīng)用

王學(xué)文 王欣 魏雷

摘 要：原油輸送過程中，油罐液位輸油泵開啟部位容易出現(xiàn)缺陷，工業(yè)中常利用人工觀察的方法來杜絕由于管道缺陷而造成的各種問題，隨著科技的快速發(fā)展，通過智能調(diào)控系統(tǒng)對(duì)輸油管網(wǎng)中的缺陷進(jìn)行觀察有助于提升原油輸送的效率。本文主要從物聯(lián)網(wǎng)變速器和AI調(diào)度系統(tǒng)這兩個(gè)方面出發(fā)對(duì)其在輸油管網(wǎng)中的運(yùn)用進(jìn)行了分析和研究，以期降低輸油管線由于壓力過高而導(dǎo)致的爆管現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；變速器；AI系統(tǒng)；輸油管網(wǎng)

中圖分類號(hào)：TP212 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

對(duì)于原油生產(chǎn)而言，原油的輸油方式為：通過抽油井輸送到儲(chǔ)油罐中，然后工人根據(jù)儲(chǔ)油罐中油量的多少手動(dòng)開啟輸油泵，然后將油通過管道輸送到集轉(zhuǎn)站內(nèi)，當(dāng)儲(chǔ)油罐液位下降到一定高度時(shí)，則由工人手動(dòng)關(guān)閉轉(zhuǎn)輸泵，而為了確保儲(chǔ)油罐液位下降至一定高度，則必須要由工人進(jìn)行實(shí)時(shí)巡檢。因此，引入一種具有人工智能調(diào)控作用的系統(tǒng)來對(duì)輸油泵的液位進(jìn)行智能讀數(shù)和測(cè)量，以期避免原油運(yùn)輸中所存在的風(fēng)險(xiǎn)，并提高油田的自動(dòng)化輸油水平。

1 物聯(lián)網(wǎng)變送器

1.1 物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)就是指由眾多小型傳感器所構(gòu)成而進(jìn)行信息交換和通信的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，這些小型傳感器主要包括與我們生活和工作息息相關(guān)的大型服務(wù)器、超級(jí)計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)、手機(jī)以及其他一些便攜式聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等。其特點(diǎn)主要有以下兩點(diǎn)：（1）物聯(lián)網(wǎng)是基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)而展開的，是對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的延伸和擴(kuò)展；（2）物聯(lián)網(wǎng)的用戶端擴(kuò)展到任何物品上，即任何物品之間只要建立信息交換和通信，就建立了物聯(lián)網(wǎng)；（3）物聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)各用戶端隱私的保護(hù)，并通過互聯(lián)網(wǎng)找出各事件的解決方法。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)因其具有智能感知、識(shí)別技術(shù)以及適用于各種移動(dòng)終端等優(yōu)勢(shì)而廣泛應(yīng)用于各種網(wǎng)絡(luò)信息的交換和融合中。因此，物聯(lián)網(wǎng)被稱為未來網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)發(fā)展的核心，物聯(lián)網(wǎng)作為互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用拓展，主要實(shí)現(xiàn)用戶利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)而開展的各種業(yè)務(wù)和工作。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)模塊分析

（1）物聯(lián)網(wǎng)感知層

物聯(lián)網(wǎng)的感知層主要是由布置在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的采集節(jié)點(diǎn)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，這些采集節(jié)點(diǎn)主要是由攝像頭、傳感器以及其他儀器所構(gòu)成，而通過各采集點(diǎn)所采集到的數(shù)據(jù)信息則通過一定手段匯聚到各節(jié)點(diǎn)上，然后這些數(shù)據(jù)經(jīng)過匯總和前處理后，就能夠通過后期的傳輸層傳遞給數(shù)據(jù)處理平臺(tái)上。

（2）傳輸層

傳輸層主要是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)運(yùn)輸功能，物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸層應(yīng)具備可靠性、高效性等特點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中，物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)挖掘平臺(tái)應(yīng)該結(jié)合傳感器、有線網(wǎng)、無線網(wǎng)以及其他數(shù)據(jù)傳輸方式來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，傳輸層的構(gòu)建能夠在一定程度上實(shí)現(xiàn)對(duì)感知層采集數(shù)據(jù)的高效傳遞，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更高效率和層次的信息傳遞和聯(lián)系，而且傳輸層的建立還能夠促使物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)內(nèi)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳輸。

（3）數(shù)據(jù)層

由于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)挖掘具有數(shù)據(jù)信息量大且數(shù)據(jù)的類型多樣等特性，這些都導(dǎo)致了物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)挖掘平臺(tái)建設(shè)對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備和數(shù)據(jù)處理性能具有很高的要求，而對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)而言，數(shù)據(jù)層主要由數(shù)據(jù)源轉(zhuǎn)換模塊和分布式存儲(chǔ)模塊所構(gòu)成，其中，數(shù)據(jù)源轉(zhuǎn)換模塊主要對(duì)物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)不同類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，而分布式存儲(chǔ)模塊的功能則主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。在物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)不同的對(duì)象往往需要通過不同的數(shù)據(jù)類型來表示，這就導(dǎo)致物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)的異構(gòu)性成為其數(shù)據(jù)的根本特性，而且在實(shí)際工作生活中，利用不同類型的數(shù)據(jù)對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行表示則更有利于數(shù)據(jù)的使用，這些特性都對(duì)物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)源的轉(zhuǎn)換器提出了極高的要求。

1.3 物聯(lián)網(wǎng)變速器

對(duì)于油田自動(dòng)化控制系統(tǒng)而言，其控制系統(tǒng)主要由電源、變送器和PLC控制器3部分構(gòu)成，物聯(lián)網(wǎng)變送器主要是實(shí)現(xiàn)了對(duì)變送器和PLC功能的整合，即實(shí)現(xiàn)測(cè)量和控制一體化，有助于提升原油輸送環(huán)節(jié)的安全性、安裝及維修效率和經(jīng)濟(jì)效益，其工作方式如圖1所示。研究發(fā)現(xiàn)，集測(cè)量與控制于一體的物聯(lián)網(wǎng)變速器具有油罐液位測(cè)量和油溫檢測(cè)等功能，然后通過PID控制方式來實(shí)現(xiàn)油泵的開始和停止，而且整個(gè)變送器內(nèi)還配置了油罐液位檢測(cè)器、管道壓力檢測(cè)器以及原油溫度檢測(cè)和報(bào)警系統(tǒng)，而且管道內(nèi)部還包括信息識(shí)別和接受系統(tǒng)，系統(tǒng)既可以通過有線連接也可以通過無線連接。

2 AI調(diào)度系統(tǒng)

AI調(diào)度系統(tǒng)的工作方式為多站點(diǎn)協(xié)同工作方式，而傳統(tǒng)的工作方式其原油轉(zhuǎn)運(yùn)站點(diǎn)之間是互不聯(lián)系、相互獨(dú)立的，不能滿足整體規(guī)劃以及協(xié)同作用的需求，由物聯(lián)網(wǎng)變送器和AI調(diào)度系統(tǒng)共同構(gòu)成的系統(tǒng)，其各個(gè)站點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)采集是由物聯(lián)網(wǎng)變送器來完成的，而無線通信以及有線通信等數(shù)據(jù)傳輸功能則是由AI調(diào)度系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，其中，AI調(diào)度系統(tǒng)內(nèi)油泵啟?？刂葡到y(tǒng)主要以分時(shí)控制的方式來實(shí)現(xiàn)。

2.1 分級(jí)控制

各系統(tǒng)按級(jí)別可以分為以下幾個(gè)級(jí)別：廠級(jí)、區(qū)級(jí)、隊(duì)級(jí)和站級(jí)，其中廠級(jí)級(jí)別最高，主要執(zhí)行以下操作指令：接收數(shù)據(jù)傳送、對(duì)下級(jí)調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)控、安裝人機(jī)交互界面、實(shí)現(xiàn)各級(jí)別系統(tǒng)測(cè)試點(diǎn)液位以及對(duì)輸油泵的狀態(tài)和啟動(dòng)進(jìn)行自動(dòng)控制和監(jiān)測(cè)，并對(duì)不達(dá)標(biāo)的情況及時(shí)報(bào)警；區(qū)級(jí)和隊(duì)級(jí)主要是接受廠級(jí)站所下達(dá)的指令，并對(duì)下級(jí)站發(fā)出指令，并在其級(jí)別內(nèi)實(shí)現(xiàn)智能調(diào)度；戰(zhàn)級(jí)主要是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并上傳給上級(jí)站。

2.2 分時(shí)監(jiān)控

各級(jí)別的調(diào)動(dòng)系統(tǒng)采用協(xié)同合作即按次序詢問方式對(duì)下級(jí)調(diào)度系統(tǒng)發(fā)出調(diào)度指令，若某次詢查時(shí)發(fā)現(xiàn)突發(fā)事件，則將數(shù)據(jù)直接傳遞給廠級(jí)調(diào)度系統(tǒng)，由廠級(jí)調(diào)度系統(tǒng)依據(jù)事情發(fā)生的狀況及嚴(yán)重與否對(duì)事件進(jìn)行處理和判斷，而且分時(shí)控制大大縮短了各站點(diǎn)之間的詢問時(shí)間，提高了系統(tǒng)的效率，確保了各級(jí)調(diào)度系統(tǒng)在出現(xiàn)問題時(shí)，能夠第一時(shí)間給予處理。

2.3 工作方式及其他功能

（1）調(diào)度系統(tǒng)采用協(xié)同的方式對(duì)各個(gè)儲(chǔ)油罐液位和輸油管網(wǎng)的壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，第一步為開啟液位最高的儲(chǔ)油罐的輸油泵，在液位低于標(biāo)準(zhǔn)高度時(shí)關(guān)閉輸油泵，若監(jiān)測(cè)到某條輸油管道中壓力過大，則由系統(tǒng)自己查找管網(wǎng)中的輸油泵，然后由系統(tǒng)進(jìn)行關(guān)閉處理，以保證輸油管網(wǎng)的壓力處于安全范圍內(nèi)。

（2）若AI系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到異常情況時(shí)，在可控范圍內(nèi)由調(diào)度系統(tǒng)解決，若超出調(diào)度系統(tǒng)解決能力范疇，則由人工干預(yù)，對(duì)事件進(jìn)行解決。

（3）調(diào)度系統(tǒng)自身還能實(shí)現(xiàn)對(duì)輸油管網(wǎng)內(nèi)的溫度監(jiān)測(cè)，若溫度過低時(shí)，則系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行智能干預(yù)，使輸油泵能夠間歇式啟動(dòng)。

結(jié)論

對(duì)物聯(lián)網(wǎng)變送器+AI調(diào)動(dòng)系統(tǒng)在輸油管網(wǎng)中的應(yīng)用進(jìn)行討論，有助于解決石油工業(yè)中人工監(jiān)測(cè)效率低、反饋時(shí)間長等特點(diǎn)，可以迅速提升工作效率并有效地降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

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