基于物聯網的LNG接收站泵群運行狀態(tài)在線監(jiān)測方法

摘 要：常規(guī)的液化天然氣（LNG）接收站泵群的運行狀態(tài)在線監(jiān)測主要使用LEACH分簇協(xié)議生成監(jiān)測網絡拓撲，該方法易受中繼節(jié)點部署變化影響，導致監(jiān)測告警異常。因此，基于物聯網設計了一種LNG接收站泵群運行狀態(tài)在線監(jiān)測方法。即基于物聯網技術安裝LNG接收站泵群運行狀態(tài)在線監(jiān)測傳感器，調試LNG接收站泵群運行狀態(tài)在線監(jiān)測網絡，從而完成LNG接收站泵群運行狀態(tài)在線監(jiān)測。實驗結果表明，該方法可在不同時刻完成監(jiān)測告警，證明了該方法監(jiān)測效果較好，且具有較高的可靠性。

關鍵詞：物聯網；LNG接收站泵群；運行狀態(tài)；在線監(jiān)測；期望云模型；泵群信號

中圖分類號：TP29；TH862 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2025）02-00-03

0 引 言

LNG接收站泵群是用于LNG接收、儲存和再氣化的重要設備，常見的LNG接收站泵群主要包括LNG低溫泵、LNG輸送泵、LNG增壓泵等。LNG接收站泵群通常具有高效率特點，能夠有效地將LNG從儲罐輸送到目的地[1]。由于LNG的溫度極低，LNG接收站泵群需要具備耐低溫特性，以確保運行的安全性。除此之外，LNG接收站通常連續(xù)運行，因此，其還必須具有高可靠性，以確保不間斷地輸送LNG[2]。LNG接收站泵群的運行環(huán)境復雜，影響因素較多，一旦其運行出現異常，可能會造成重大安全事故，因此，需要有效地進行LNG接收站泵群運行狀態(tài)在線監(jiān)測。 在該背景下，本文根據LNG接收站泵群運行特點，基于物聯網技術設計了一種全新的接收站泵群運行狀態(tài)在線監(jiān)測方法。

1 LNG接收站泵群運行狀態(tài)物聯網在線監(jiān)測方法設計

1.1 基于物聯網技術安裝泵群運行狀態(tài)在線監(jiān)測傳感器

利用物聯網技術可對設備運行狀態(tài)進行實時分析，提高泵群運行狀態(tài)在線監(jiān)測的可靠性，因此，本文安裝了LNG接收站泵群運行狀態(tài)在線監(jiān)測傳感器。在線傳感器安裝之前，需要根據在線監(jiān)測數據的采集分析要求建立物聯網平臺，該物聯網平臺必須支持多種協(xié)議，并為泵群運行狀態(tài)監(jiān)測提供數據可視化的基礎[3]。此時可根據運行狀態(tài)監(jiān)測要求生成期望云模型，該監(jiān)測期望云模型的輸入變量即為需要監(jiān)測的變量，此時該云模型的發(fā)生條件μ（x）如式（1）所示：

（1）

式中：e代表監(jiān)測定量數據；EX代表監(jiān)測特征值[4]；EN代表隸屬度。此時可以確定在線監(jiān)測傳感器的部署范圍，劃分監(jiān)測屬性空間，此時的監(jiān)測矢量域P如式（2）所示：

（2）

式中：p1， p2， ...， pn代表不同的傳感基礎屬性數據。根據上述監(jiān)測矢量域，可以確定在線監(jiān)測傳感器的部署表現空間，但該空間的范圍較大，影響泵群運行狀態(tài)在線監(jiān)測精度[5]。因此，本文設計的方法利用強關聯規(guī)則進行了數據挖掘處理。此時的監(jiān)測權重w如式（3）所示：

（3）

式中：count（t）代表傳感器部署重復區(qū)域面積；count（Tid）代表全部監(jiān)測部署面積總和。根據上述監(jiān)測權重，可以掃描監(jiān)測范圍，更新的監(jiān)測傳感器部署點位support如式（4）所示：

（4）

式中：a代表原始部署點位集合；S代表加權處理后的在線監(jiān)測點位。在線監(jiān)測傳感器在部署過程中，可能會受到電磁干擾的影響，導致監(jiān)測信號衰減，為解決該問題，本文基于物聯網技術選取了WirelessHART監(jiān)測通道，提高了信號傳輸效率，降低了信號占用造成的頻道干擾風險。

LNG接收站泵群運行狀態(tài)監(jiān)測需要借助多個傳感器網絡，實時獲取監(jiān)測環(huán)境運行參數，降低數據分析波動等造成的監(jiān)測風險，因此，本文設計的LNG接收站泵群運行狀態(tài)在線監(jiān)測方法檢查了監(jiān)測現場的信號頻段，并對監(jiān)測組網進行了通信檢測處理。本文在不同的在線監(jiān)測傳感器安裝節(jié)點附近設置了PEPPERL+FUCHS無線網關，將其與在線監(jiān)測傳感器進行連接，以有效調整傳感器監(jiān)測參數，執(zhí)行不同的WirelessHART監(jiān)測任務。泵群運行狀態(tài)在線監(jiān)測模塊主要由傳感器、處理模塊、通信模塊、電壓模塊組成，會形成不同類型的模擬信號，因此，在傳感器部署的過程中，可以增設模數轉換及無線收發(fā)中心，最大程度提高運行狀態(tài)在線監(jiān)測的靈敏度。

1.2 調試LNG接收站泵群運行狀態(tài)在線監(jiān)測網絡

常規(guī)泵群運行狀態(tài)監(jiān)測方法部署的在線監(jiān)測網絡適配度偏低，告警效果較差，為解決該問題，本文調試了LNG接收站泵群運行狀態(tài)在線監(jiān)測網絡。首先可以計算監(jiān)測網絡拓撲的分布權重J，如式（5）所示：

（5）

式中：U代表加權指數；ui代表與監(jiān)測中心的距離。根據上述監(jiān)測網絡拓撲分布權重可以更新模態(tài)約束，此時得到的網絡監(jiān)測中心拓撲節(jié)點位置ua如式（6）所示：

（6）

式中：di代表模態(tài)參數；dk代表監(jiān)測網絡隸屬度。根據上述在線監(jiān)測網絡部署參數，可以判斷監(jiān)測網絡的分散關系與覆蓋狀態(tài)，調整信號衰減系數。調試后的LNG接收站泵群運行狀態(tài)監(jiān)測網絡如圖1所示。

由圖1可知，上述LNG接收站泵群運行狀態(tài)監(jiān)測網絡的中心主機與中控室相連，存在5類雙絞線，利用傳感器管理軟件進行管理。在監(jiān)測過程中，利用振動分析軟件可以實時處理數據庫的監(jiān)測數據，生成在線監(jiān)測頻譜，再利用HART OPC服務器完成交互，與Internet連接。調試后的運行狀態(tài)監(jiān)測網絡根據監(jiān)測數據采集時間與采集間隔調整監(jiān)測觸發(fā)模式，輪詢輸出監(jiān)測結果。上述運行狀態(tài)監(jiān)測網絡可以實時處理監(jiān)測信息，最大程度提高LNG接收站泵群運行在線監(jiān)測的可靠性[6]。

2 實 驗

為驗證設計的基于物聯網的接收站泵群運行狀態(tài)在線監(jiān)測方法的監(jiān)測效果，本文配置了可靠的實驗環(huán)境，將其與文獻[6]、文獻[7]中兩種常規(guī)的接收站泵群運行狀態(tài)在線監(jiān)測方法進行了對比實驗。

2.1 實驗準備

結合LNG接收站泵群運行狀態(tài)在線監(jiān)測實驗的要求，本文選取BSP平臺作為實驗平臺，使用UART異步串行接口進行驅動處理，再利用Windows編譯實驗組件生成圖2所示的實驗反饋流程[7]。

根據圖2所示的實驗反饋流程，可以對實驗監(jiān)測信號進行有效分解。實驗信號采集與分解流程如圖3所示。

由圖3可知，待實驗信號采集與分解完畢后，可以設定在線監(jiān)測告警閾值，判斷正常的監(jiān)測告警狀態(tài)。

本文選取的實驗平臺屬于嵌入式操作平臺，因此，其主要由嵌入式微處理器支持。根據在線監(jiān)測信息存儲、測量處理、數據采集等要求，本文選取ARM S3C2400A作為實驗微處理器，生成LCD實驗模塊。在實驗開始前，需要對監(jiān)測程序進行有效驅動，本文使用電量測量驅動法，利用Platform Builder 5.0集成實驗環(huán)境，調試實驗參數。上述步驟完成后，再選擇Windows CE BSP菜單，導入待監(jiān)測的SMDK泵群運行狀態(tài)文件，完成實驗任務創(chuàng)建[8]。

實驗監(jiān)測數據傳輸交互性較強，本文利用Locale標簽進行記錄處理。選擇Build Options頁面創(chuàng)建映射，待編譯完成后再進行下載固化，預設監(jiān)測網絡選項，設置有效的實驗LAUNCH EXISTING。在實驗過程中，若開發(fā)板與PC連接異常，無法傳輸不同時刻的監(jiān)測結果，可以對Eboot實驗菜單進行自啟動處理，從而輸出符合實驗要求的監(jiān)測告警結果[9-10]。

2.2 實驗結果與討論

根據上述實驗準備，進行泵群運行狀態(tài)在線監(jiān)測，即選取某年不同的時間段，分別使用本文設計的基于物聯網的LNG接收站泵群運行狀態(tài)在線監(jiān)測方法、文獻[6]中基于無線監(jiān)測技術的LNG接收站泵群運行狀態(tài)在線監(jiān)測方法，以及文獻[7]中考慮泵站改造關系的LNG接收站泵群運行狀態(tài)在線監(jiān)測方法進行監(jiān)測實驗，泵群運行狀態(tài)在線監(jiān)測實驗結果見表1。

由表1可知，在不同的監(jiān)測日期，本文設計的基于物聯網的LNG接收站泵群運行狀態(tài)在線監(jiān)測方法能成功進行監(jiān)測告警，文獻[6]中基于無線監(jiān)測技術的LNG接收站泵群運行狀態(tài)在線監(jiān)測方法，以及文獻[7]中考慮泵站改造關系的LNG接收站泵群運行狀態(tài)在線監(jiān)測方法在部分監(jiān)測時段出現了監(jiān)測告警混亂問題，無法正常完成監(jiān)測告警。上述實驗結果證明，本文設計的接收站泵群運行狀態(tài)在線監(jiān)測方法的監(jiān)測效果較好，具有較高的可靠性，有一定的應用價值。

3 結 語

為對LNG接收站泵群運行狀態(tài)進行有效監(jiān)測，本文基于物聯網技術設計了一種全新的LNG接收站泵群運行狀態(tài)在線監(jiān)測方法。實驗結果表明，本文設計的運行狀態(tài)監(jiān)測方法的監(jiān)測效果較好，具有較高可靠性，可為提高設備的運行效率和可靠性、減少停機時間和降低維修成本做出一定貢獻。

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作者簡介：原 野（1986—），男，黑龍江齊齊哈爾人，工程師，研究方向為石油化工行業(yè)數字化轉型。

收稿日期：2024-02-19 修回日期：2024-03-27