【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及加热炉智能控制，具体涉及一种基于加热炉智能集控装置实现油田集输两段火温度控制的方法与系统。
技术介绍
1、加热炉是地面集输、处理与输送各个环节中必不可少的重要生产设施之一，油井井口加热、掺水、热洗、转油站含水油外输、联合站原油脱水、原油稳定、成品油外输、冬季采暖、伴热等都离不开加热炉。如何能够通过完整的管理手段对加热炉进行监控，从而保证加热炉安全稳定运行，是目前急需解决的问题。因此，加热炉完整性管理集控装置(见中国专利cn113361908a)被用于设备寿命监控、运行风险评估、运行能耗统计、运行成本统计、设备故障预测、温度控制等方面，保证了加热炉的安全、高效运行生产。其中，温度控制，是加热炉完整性管理中一个至关重要的环节。目前由于建站时间年代久远，设备老旧，多数站场加热炉依然是基于两段火(大小火)调节的加热模式，温度控制通常都是采用人工值守方式进行，这需要大量的有一定专业知识储备的人力投入，无法保证全天候精准自动控制。而现有的大小火自动控制调节系统，绝大多数都是基于人工设置固定的目标温度上下限，当温度低于下限则切换至大火，当温度高于上限则切换为小火，以此来实现大小火的自动切换控制。此种大小火自动切换方式温度波动大，且由于加热设备之间物性的差异以及周围环境变化等的影响，同一目标温度下，不同的设备在不同的季节目标温度的上下限数值设置都不一样，需要有经验的操作人员频繁进行调整修改。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于加热炉智能集控装置实现油田集输两段火温度控
2、整个系统主要包括数据采集模块、数据提取模块、计算模块、控制模块。
3、一、数据采集模块
4、主要包括用于采集燃气流量大小的燃气流量计，用于采集目标温度的温度变送器，用于测量流入或流出加热炉炉体的介质流量大小的液体流量计，用于采集炉内水位的液位变送器以及用于检测环境温度的温度变送器。采集加热炉运行过程中各个plc点位的实时数据，存入数据库，以备后续的功能查询。
5、需说明的是，以上所列的点位，可以根据现场具体情况，适当增、删其它点位，选取点位的准则是，能影响炉子目标温度工况变动都可纳入采集模块。
6、二、数据提取模块
7、(1)提取推荐燃流量模型数据
8、以时间窗口大小t1(如t1＝2h)为步长，在整个历史运行数据中依次进行滑动，计算该时间窗口内某特定plc点位平均值其中k表示某特定plc点位(燃气流量、目标温度、介质流量、炉体液位或者环境温度)，n为在时间窗口t1中数据的总条数，表示k点位的第j条数据的数值大小。取目标温度、介质流量、炉体液位或者环境温度的平均值为特征燃气流量的平均值为预测目标则由此构成一个训练样本不断滑动时间窗口，从而获得多个样本，由此得到推荐燃气流量模型数据。
9、(2)确定特定时滞时间
10、由于加热炉加热系统存在较大的时滞性，明确不同加热炉燃气流量大小变化与目标温度变化之间的时滞大小，有利于后续进一步改善基于pid目标温度控制过程。针对特定加热炉的特定时滞时间确定具体流程如下：
11、以天为数据分析区间，在每一天的历史数据中，设置不同的时滞时间扫描值[0，1，2，...m]，单位为min。
12、针对某一确定的时滞时间扫描值i，对目标温度点位序列进行i阶滞后操作，即将一整天的目标温度序列按照时间后移mi位；
13、计算该时滞时间扫描值下的目标温度序列与燃气流量序列之间的皮尔森相关系数ρi(pearson correlation coefficient)，皮尔森相关系数计算公式为：
14、
15、其中x、y分别代表目标温度序列与燃气流量序列，e为期望，μx、μy表示对应序列的均值，σx、σy表示对应序列的标准差，ρx，y取值范围在[-1，1]之间，值越大，说明目标温度序列与燃气流量序列线性相关度越高，也即趋势重合度越高。
16、依次遍历不同的时滞时间扫描值[0，1，2，...m]，分别求出对应时滞时间扫描值下的目标温度序列与燃气流量序列之间的皮尔森相关系数[ρ0，ρ1，...，ρm]，取相关系数最大值argmax{ρ0，ρ1...ρm)对应的时滞时间扫描值φt，即为当天目标温度与燃气流量点位之间的时滞时间，其中φt表示第t天的时滞时间；
17、按天遍历历史数据(假设总共有t天)，即可得到每天对应的目标温度与燃气流量点位之间的时滞时间[φ1，φ2，...，φt]，求其均值即为该特定加热炉目标温度与燃气流量点位之间的特定时滞时间。
18、(3)确定大小火对应燃气流量代表值
19、该部分主要是为了获取加热炉在大小火两种状态下，对应的燃气流量代表值取值大小，用于后续大小火切换动态阈值点确定。具体实施步骤如下：
20、从历史数据库选取燃气流量点位在一段时间t2(假如t2＝7天)的数值，输入无监督聚类模型进行聚类分簇，将燃气流量数据集分成2个不同簇，即代表大、小火两种状态对应的燃气流量分布，本案例以k-means聚类过程为案例进行算法原理讲解：
21、①选择初始化的k(k＝2)个样本作为初始聚类中心a1，a2；
22、②针对数据集中每个样本xi计算它到k个聚类中心的距离并将其分到距离最小的聚类中心所对应的类中。其中距离计算采用曼哈顿距离distance＝|xi-aj|，表示第i个样本xi到第j个聚类中心aj的距离；
23、③针对每个类别aj，重新计算它的聚类中心(即属于该类的所有样本的质心)；
24、④重复上面②、③两步操作，直到达到某个中止条件(迭代次数、最小误差变化等)；
25、⑤得到训练好的聚类模型，共有2个簇，对应聚类中心数值a1、a2(a1＜a2)的值即为小火、大火状态对应的燃气流量代表值(a1为小火、a2为大火)；
26、三、计算模块
27、该模块主要用于动态更新阈值点，pid逻辑控制运算、基于特定时滞时间来建立温度变化预测模型、融合pid运算结果与温度预测模型结果及下发大小火切换指令。
28、(1)动态更新阈值点
29、在以上数据提取模块，我们已经确定了大小火对应燃气流量代表值a1、a2，由于设置的目标温度不同、环境温度的影响以及其它工况的变化，维持在设定目标温度所处的大小火档频次就不一样，因此我们需动态的调整大小火切换燃气阈值η大小。具体实施过程如下：
30、利用数据提取模块中提取推荐燃流值构造出的数据集建立knn(k近邻)算法回归模型，训练模型、优化参数直至得到最终推荐燃流模型。
31、模型调用，以当前目标温度、介质流量、炉体液位、环境温度为输入变量，调用训练好的推荐燃流模型，模型最终输出当前时刻推荐的燃气流量值υt；
32、当υt≤a1或υt≥a2，则调整大小火切换燃气阈值点大小为当本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于加热炉智能集控装置实现油田集输两段火温度控制的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述推荐燃流模型数据的提取方法为，以时间窗口大小T1为步长，在整个历史运行数据中依次进行滑动，计算该时间窗口内特定PLC点位平均值其中k表示特定PLC点位，N为在时间窗口T1中数据的总条数,表示k点位的第j条数据的数值大小，取目标温度、介质流量、炉体液位或环境温度的平均值为特征燃气流量的平均值为预测目标则由此构成一个训练样本不断滑动时间窗口，从而获得多个样本，由此得到推荐燃气流量模型数据。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：特定时滞时间的确定方法为，以天为数据分析区间，在每一天的历史数据中，设置不同的时滞时间扫描值[0，1，2,...M]，单位为min，
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：确定大小火对应燃气流量代表值的方法为：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
6.一种基于加热炉智能集控装置实现油田集输两段火温度控制的系统，其特征在于所述系统包括：数据采集模块、数
...【技术特征摘要】
1.一种基于加热炉智能集控装置实现油田集输两段火温度控制的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述推荐燃流模型数据的提取方法为，以时间窗口大小t1为步长，在整个历史运行数据中依次进行滑动，计算该时间窗口内特定plc点位平均值其中k表示特定plc点位，n为在时间窗口t1中数据的总条数,表示k点位的第j条数据的数值大小，取目标温度、介质流量、炉体液位或环境温度的平均值为特征燃气流量的平均值为预测目标则由此构成一个训练样本不断滑动时间窗口，从而获得多个样本，由此得...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭卫猛，何春辉，陈铖，吴中华，
申请(专利权)人：深圳市佳运通电子有限公司，
类型：发明
国别省市：
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