摘 要：常規(guī)的液化天然氣（LNG）接收站泵群的運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)主要使用LEACH分簇協(xié)議生成監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，該方法易受中繼節(jié)點(diǎn)部署變化影響，導(dǎo)致監(jiān)測(cè)告警異常。因此，基于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)了一種LNG接收站泵群運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)方法。即基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)安裝LNG接收站泵群運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)傳感器，調(diào)試LNG接收站泵群運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，從而完成LNG接收站泵群運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法可在不同時(shí)刻完成監(jiān)測(cè)告警，證明了該方法監(jiān)測(cè)效果較好，且具有較高的可靠性。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；LNG接收站泵群；運(yùn)行狀態(tài)；在線監(jiān)測(cè)；期望云模型；泵群信號(hào)

中圖分類號(hào)：TP29；TH862 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2025）02-00-03

0 引 言

LNG接收站泵群是用于LNG接收、儲(chǔ)存和再氣化的重要設(shè)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(diǎn)，能夠有效地將LNG從儲(chǔ)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(yùn)行的安全性。除此之外，LNG接收站通常連續(xù)運(yùn)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(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，影響因素較多，一旦其運(yùn)行出現(xiàn)異常，可能會(huì)造成重大安全事故，因此，需要有效地進(jìn)行LNG接收站泵群運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)。 在該背景下，本文根據(jù)LNG接收站泵群運(yùn)行特點(diǎn)，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)了一種全新的接收站泵群運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)方法。

1 LNG接收站泵群運(yùn)行狀態(tài)物聯(lián)網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)方法設(shè)計(jì)

1.1 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)安裝泵群運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)傳感器

利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，提高泵群運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)的可靠性，因此，本文安裝了LNG接收站泵群運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)傳感器。在線傳感器安裝之前，需要根據(jù)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集分析要求建立物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，該物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)必須支持多種協(xié)議，并為泵群運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)提供數(shù)據(jù)可視化的基礎(chǔ)[3]。此時(shí)可根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)要求生成期望云模型，該監(jiān)測(cè)期望云模型的輸入變量即為需要監(jiān)測(cè)的變量，此時(shí)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(cè)定量數(shù)據(jù)；EX代表監(jiān)測(cè)特征值[4]；EN代表隸屬度。此時(shí)可以確定在線監(jiān)測(cè)傳感器的部署范圍，劃分監(jiān)測(cè)屬性空間，此時(shí)的監(jiān)測(cè)矢量域P如式（2）所示：

（2）

式中：p1， p2， ...， pn代表不同的傳感基礎(chǔ)屬性數(shù)據(jù)。根據(jù)上述監(jiān)測(cè)矢量域，可以確定在線監(jiān)測(cè)傳感器的部署表現(xiàn)空間，但該空間的范圍較大，影響泵群運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)精度[5]。因此，本文設(shè)計(jì)的方法利用強(qiáng)關(guān)聯(lián)規(guī)則進(jìn)行了數(shù)據(jù)挖掘處理。此時(shí)的監(jiān)測(cè)權(quán)重w如式（3）所示：

（3）

式中：count（t）代表傳感器部署重復(fù)區(qū)域面積；count（Tid）代表全部監(jiān)測(cè)部署面積總和。根據(jù)上述監(jiān)測(cè)權(quán)重，可以掃描監(jiān)測(cè)范圍，更新的監(jiān)測(cè)傳感器部署點(diǎn)位support如式（4）所示：

（4）

式中：a代表原始部署點(diǎn)位集合；S代表加權(quán)處理后的在線監(jiān)測(cè)點(diǎn)位。在線監(jiān)測(cè)傳感器在部署過程中，可能會(huì)受到電磁干擾的影響，導(dǎo)致監(jiān)測(cè)信號(hào)衰減，為解決該問題，本文基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)選取了WirelessHART監(jiān)測(cè)通道，提高了信號(hào)傳輸效率，降低了信號(hào)占用造成的頻道干擾風(fēng)險(xiǎn)。

LNG接收站泵群運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)需要借助多個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)獲取監(jiān)測(cè)環(huán)境運(yùn)行參數(shù)，降低數(shù)據(jù)分析波動(dòng)等造成的監(jiān)測(cè)風(fēng)險(xiǎn)，因此，本文設(shè)計(jì)的LNG接收站泵群運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)方法檢查了監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)頻段，并對(duì)監(jiān)測(cè)組網(wǎng)進(jìn)行了通信檢測(cè)處理。本文在不同的在線監(jiān)測(cè)傳感器安裝節(jié)點(diǎn)附近設(shè)置了PEPPERL+FUCHS無線網(wǎng)關(guān)，將其與在線監(jiān)測(cè)傳感器進(jìn)行連接，以有效調(diào)整傳感器監(jiān)測(cè)參數(shù)，執(zhí)行不同的WirelessHART監(jiān)測(cè)任務(wù)。泵群運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)模塊主要由傳感器、處理模塊、通信模塊、電壓模塊組成，會(huì)形成不同類型的模擬信號(hào)，因此，在傳感器部署的過程中，可以增設(shè)模數(shù)轉(zhuǎn)換及無線收發(fā)中心，最大程度提高運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)的靈敏度。

1.2 調(diào)試LNG接收站泵群運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)

常規(guī)泵群運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法部署的在線監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)適配度偏低，告警效果較差，為解決該問題，本文調(diào)試了LNG接收站泵群運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。首先可以計(jì)算監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞姆植紮?quán)重J，如式（5）所示：

（5）

式中：U代表加權(quán)指數(shù)；ui代表與監(jiān)測(cè)中心的距離。根據(jù)上述監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞植紮?quán)重可以更新模態(tài)約束，此時(shí)得到的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)中心拓?fù)涔?jié)點(diǎn)位置ua如式（6）所示：

（6）

式中：di代表模態(tài)參數(shù)；dk代表監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)隸屬度。根據(jù)上述在線監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)部署參數(shù)，可以判斷監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的分散關(guān)系與覆蓋狀態(tài)，調(diào)整信號(hào)衰減系數(shù)。調(diào)試后的LNG接收站泵群運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。

由圖1可知，上述LNG接收站泵群運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的中心主機(jī)與中控室相連，存在5類雙絞線，利用傳感器管理軟件進(jìn)行管理。在監(jiān)測(cè)過程中，利用振動(dòng)分析軟件可以實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)庫的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，生成在線監(jiān)測(cè)頻譜，再利用HART OPC服務(wù)器完成交互，與Internet連接。調(diào)試后的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集時(shí)間與采集間隔調(diào)整監(jiān)測(cè)觸發(fā)模式，輪詢輸出監(jiān)測(cè)結(jié)果。上述運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)時(shí)處理監(jiān)測(cè)信息，最大程度提高LNG接收站泵群運(yùn)行在線監(jiān)測(cè)的可靠性[6]。

2 實(shí) 驗(yàn)

為驗(yàn)證設(shè)計(jì)的基于物聯(lián)網(wǎng)的接收站泵群運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)方法的監(jiān)測(cè)效果，本文配置了可靠的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，將其與文獻(xiàn)[6]、文獻(xiàn)[7]中兩種常規(guī)的接收站泵群運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行了對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

結(jié)合LNG接收站泵群運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)的要求，本文選取BSP平臺(tái)作為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，使用UART異步串行接口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)處理，再利用Windows編譯實(shí)驗(yàn)組件生成圖2所示的實(shí)驗(yàn)反饋流程[7]。

根據(jù)圖2所示的實(shí)驗(yàn)反饋流程，可以對(duì)實(shí)驗(yàn)監(jiān)測(cè)信號(hào)進(jìn)行有效分解。實(shí)驗(yàn)信號(hào)采集與分解流程如圖3所示。

由圖3可知，待實(shí)驗(yàn)信號(hào)采集與分解完畢后，可以設(shè)定在線監(jiān)測(cè)告警閾值，判斷正常的監(jiān)測(cè)告警狀態(tài)。

本文選取的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)屬于嵌入式操作平臺(tái)，因此，其主要由嵌入式微處理器支持。根據(jù)在線監(jiān)測(cè)信息存儲(chǔ)、測(cè)量處理、數(shù)據(jù)采集等要求，本文選取ARM S3C2400A作為實(shí)驗(yàn)微處理器，生成LCD實(shí)驗(yàn)?zāi)K。在實(shí)驗(yàn)開始前，需要對(duì)監(jiān)測(cè)程序進(jìn)行有效驅(qū)動(dòng)，本文使用電量測(cè)量驅(qū)動(dòng)法，利用Platform Builder 5.0集成實(shí)驗(yàn)環(huán)境，調(diào)試實(shí)驗(yàn)參數(shù)。上述步驟完成后，再選擇Windows CE BSP菜單，導(dǎo)入待監(jiān)測(cè)的SMDK泵群運(yùn)行狀態(tài)文件，完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)創(chuàng)建[8]。

實(shí)驗(yàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸交互性較強(qiáng)，本文利用Locale標(biāo)簽進(jìn)行記錄處理。選擇Build Options頁面創(chuàng)建映射，待編譯完成后再進(jìn)行下載固化，預(yù)設(shè)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)選項(xiàng)，設(shè)置有效的實(shí)驗(yàn)LAUNCH EXISTING。在實(shí)驗(yàn)過程中，若開發(fā)板與PC連接異常，無法傳輸不同時(shí)刻的監(jiān)測(cè)結(jié)果，可以對(duì)Eboot實(shí)驗(yàn)菜單進(jìn)行自啟動(dòng)處理，從而輸出符合實(shí)驗(yàn)要求的監(jiān)測(cè)告警結(jié)果[9-10]。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備，進(jìn)行泵群運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)，即選取某年不同的時(shí)間段，分別使用本文設(shè)計(jì)的基于物聯(lián)網(wǎng)的LNG接收站泵群運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)方法、文獻(xiàn)[6]中基于無線監(jiān)測(cè)技術(shù)的LNG接收站泵群運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)方法，以及文獻(xiàn)[7]中考慮泵站改造關(guān)系的LNG接收站泵群運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)，泵群運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

由表1可知，在不同的監(jiān)測(cè)日期，本文設(shè)計(jì)的基于物聯(lián)網(wǎng)的LNG接收站泵群運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)方法能成功進(jìn)行監(jiān)測(cè)告警，文獻(xiàn)[6]中基于無線監(jiān)測(cè)技術(shù)的LNG接收站泵群運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)方法，以及文獻(xiàn)[7]中考慮泵站改造關(guān)系的LNG接收站泵群運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)方法在部分監(jiān)測(cè)時(shí)段出現(xiàn)了監(jiān)測(cè)告警混亂問題，無法正常完成監(jiān)測(cè)告警。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，本文設(shè)計(jì)的接收站泵群運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)方法的監(jiān)測(cè)效果較好，具有較高的可靠性，有一定的應(yīng)用價(jià)值。

3 結(jié) 語

為對(duì)LNG接收站泵群運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，本文基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)了一種全新的LNG接收站泵群運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法的監(jiān)測(cè)效果較好，具有較高可靠性，可為提高設(shè)備的運(yùn)行效率和可靠性、減少停機(jī)時(shí)間和降低維修成本做出一定貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]杜昶，汪東達(dá)，包新勝.基于層次分析—云模型的大型LNG高壓泵自停故障智能診斷方法[J].液壓氣動(dòng)與密封，2023，43（11）：119-124.

[2]郝思佳，許佳偉，宋坤，等.往復(fù)式與離心式蒸發(fā)氣壓縮機(jī)在液化天然氣接收站的應(yīng)用選型分析[J].石油化工設(shè)備，2023，52（6）：64-68.

[3]魏振忠，司倡如，李振.基于PSCAD的LNG接收站二次系統(tǒng)耐雷水平仿真分析方法[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2023，42（6）：160-164.

[4]張巍，楊宏偉.廣東省LNG接收站運(yùn)行形勢(shì)分析及對(duì)新建LNG接收站的建議[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2023，43（11）：145-147.

[5]趙光輝，石陽，郭鵬，等.智能工地技術(shù)在北京燃?xì)馓旖蚰细跮NG應(yīng)急儲(chǔ)備項(xiàng)目中的應(yīng)用與實(shí)踐[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2023，43（8）：65-67.

[6]劉海磊.城市環(huán)境下天然氣管道泄漏的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2021，11（11）：16-17.

[7]于靖雯，孫世一，趙國權(quán).基于青島LNG接收站泵群振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究及優(yōu)化[J].數(shù)字化用戶，2019（19）：225-226.

[8]楊春慧，侯振宇.大型LNG接收站泵群狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建立[J].化工自動(dòng)化及儀表，2017，44（7）：679-681.

[9]江蓉，黃震宇. LNG冷能空分技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用[J].低溫與特氣，2016，34（4）：1-4.

[10]林洋.試論液化天然氣接收站應(yīng)用技術(shù)研究[J].化工管理，2015（10）：147.

作者簡(jiǎn)介：原 野（1986—），男，黑龍江齊齊哈爾人，工程師，研究方向?yàn)槭突ば袠I(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

收稿日期：2024-02-19 修回日期：2024-03-27