原油管输工艺过程模拟与自动化测试方案编制系统及其自动生成方法

摘要

本发明是一种原油管输工艺过程模拟控制与测试方案编制系统及其自动生成方法。涉及其它类不包括的测试和管道系统技术领域。它包括过程模拟控制与测试方案编制数据库、过程模拟控制与测试方案编制模块、设备计划自动生成模块、设备计划模拟优化模块；过程模拟控制与测试方案编制模块、设备计划自动生成模块、设备计划模拟优化模块分别与过程模拟控制与测试方案编制数据库相互连接，并接有用户使用接口。本发明为管输工艺过程模拟控制与测试设计提供统一的方案编制平台、自动生成设备计划并进行设备计划的模拟和优化、提供图形化的设备计划编辑环境、对设备计划进行仿真。

说明书

技术领域

本发明是一种原油管输工艺过程模拟与测试方案编制系统及其自动生成方法。涉及其它类不包括的测试和管道系统技术领域。

背景技术

原油管道输送工艺过程模拟与测试经过研究人员数十年的实践积累，已经成为制订原油管道输送工艺方案的必要工作，并且由于原油管输的复杂性，此类评价越来越多，工作量日益增大。根据现场情况，编制原油管输工艺过程模拟与测试方案是进行管输工艺评价的首要工作，要实现管输工艺评价的自动化和信息化，就要首先实现方案编制的自动化。

目前原油管输工艺过程模拟与测试的方案编制由手工实现，已经不能满足现实的需求，具体表现如下：

1.过程模拟与测试方案编制的过程中，人为主观经验比较多，降低了不同项目、不同方案设计人所作评价数据之间的可比性，从而无法利用大量的历史评价数据总结经验，不利于知识的发现和科研水平的提高。

2.手工编制的过程模拟与测试方案，无法按照一种统一的数据格式进行存储，在当今的数字化时代，显然不利于实现知识的积累、共享和传承；

3.手工编制的过程模拟与测试方案无法实现计算机识别，从而也就不可能实现根据过程模拟与测试方案控制设备进行过程模拟与测试的自动执行，从而也就不可能实现管输工艺过程模拟与测试的过程自动化。

与通用的测试方案设计软件相比，原油管输工艺过程模拟与自动化测试的方案编制具有以下特点：

1.过程模拟与自动化测试方案的编制过程要满足一般的测试方案设计原则，同时要结合实际积累的经验进行过程模拟与自动化测试方案的优化，要使不同的设计人员都能编制出高水平的过程模拟与自动化测试方案，就需要总结出历史经验，并进行抽象；

2.过程模拟与自动化测试方案的执行最终要落实到具体的设备，因此过程模拟与自动化测试方案的编制最终要成为设备的执行计划，需要考虑设备的约束和并行实验中避免设备的冲突；

3.过程模拟与自动化测试方案要采用可供计算机读取的形式，并通过标准的通讯协议下发，以供自动化设备执行。

目前还没有具有以上特点的过程模拟与自动化测试设计软件，更没有针对原油管输工艺过程模拟与自动化测试方案编制任务的软件。

发明内容

本发明的目的是发明一种为管输工艺过程模拟与自动化测试设计提供统一的方案编制平台、自动生成设备计划并进行设备计划的模拟和优化、提供图形化的设备计划编辑环境、对设备计划进行仿真的原油管输工艺过程模拟与自动化测试方案编制系统及其自动生成方法。

本发明提出一种原油管输工艺过程模拟与自动化测试方案编制系统及设备计划自动生成方法，其主要目的在于为管输工艺过程模拟与自动化测试设计提供统一的方案编制平台，从而形成统一形式的过程模拟与自动化测试方案，可供计算机读取，同时根据管输工艺过程模拟与自动化测试设备的具体要求，自动生成设备计划，进行设备计划的模拟和优化，且提供图形化的设备计划编辑环境，可供有经验的工程师直接设计编辑设备计划，最后可对设备计划进行仿真，最终提供可供管输工艺过程模拟与自动化测试设备自动顺利执行的设备计划。

为了达到以上目的，本发明所提供的原油管输工艺过程模拟与自动化测试方案编制系统如图1所示，包含：过程模拟与自动化测试方案编制数据库、过程模拟与自动化测试方案编制模块、设备计划自动生成模块、设备计划模拟优化模块。过程模拟与自动化测试方案编制模块、设备计划自动生成模块、设备计划模拟优化模块分别与过程模拟与自动化测试方案编制数据库相互连接，并接有用户使用接口。

(1)过程模拟与自动化测试方案编制数据库

该数据库用以存储评价方案和过程模拟与自动化测试设备的基本信息、过程模拟与自动化测试测试参数、方案的设备计划、以及要实现这三种类型的信息相互关联所必须的表，保证数据的完整性和正确性；

(2)过程模拟与自动化测试方案编制模块

负责方案基本信息的输入、过程模拟与自动化测试参数的设定；该模块有提供筛选类和模拟类两类实验方案的编制向导，分别形成筛选过程模拟与自动化测试方案表和模拟测评，并可提供对已形成过程模拟与自动化测试方案的编辑；

(3)设备计划自动生成模块

该模块用以根据已编制的过程模拟与自动化测试方案生成能被设备所能理解的设备计划，并提供对设备计划的编辑、修改，同时该模块还提供采用图形化建模的方式直接设计设备计划；

(4)设备计划模拟优化模块

该模块提供对生成的设备计划进行优化；根据设备基本参数、目标控制参数以及经验进行计算得到过程模拟与自动化测试设备的资源甘特图，并提供以温度优先、效率优先两种模式对设备计划进行自动优化，最后该模块还提供对于设备计划的仿真。

方案编制系统中的各模块融合于计算机的程序中，即由计算机软件实现各模块的功能。

本原油管输工艺过程模拟与自动化测试方案编制系统的自动生成方法如图2所示，该图为本发明所提供的原油管输工艺评价方案编制的主流程图，下面结合此图详细说明原油管输工艺过程模拟与自动化测试方案编制系统的自动生成方法：

1)输入过程模拟与自动化测试的基本信息；

2)方案类型选择；

3)对于过程模拟与自动化测试要输入站场、管线信息、取样点温度、测试参数，后生成过程模拟与自动化测试方案；

4)对于筛选过程模拟与自动化测试要设定参数、水平值、评价指标，选择正交、全面实施，生成筛选过程模拟与自动化测试方案；

5)在3)和4)步完成后，生成设备计划；

6)生成设备计划后再生成设备资源甘特图和仿真模拟；

7)生成设备计划后，进行手动优化、温度优化及自动优化、效率优化及自动优化，并将各优化反馈到生成设备计划。

具体是：

1)输入过程模拟与自动化测试的基本信息，包括：方案名称、设计者、方案的目标(文字描述)、方案的类型、设计日期、最后修改日期等；

2)方案类型选择，在筛选类过程模拟与自动化测试方案和模拟类过程模拟与自动化测试方案二者选其一；

将与原油管道输送相关的若干关键条件分为过程模拟与自动化测试参数和过程模拟与自动化测试因素，其中过程模拟与自动化测试参数是在本次过程模拟与自动化测试各平行样处理之间保持一致的条件；而过程模拟与自动化测试因素则具有多个水平值，为本次过程模拟与自动化测试需要对其进行筛选的条件；通过编辑过程模拟与自动化测试参数和待筛选因素的各水平值，以及过程模拟与自动化测试指标，并选择恰当的过程模拟与自动化测试设计模型(全面测评、正交测试)，系统自动给出一个筛选过程模拟与自动化测试方案；

3)模拟过程模拟与自动化测试用于模拟原油在多个站之间输送的处理过程，一般过程模拟与自动化测试持续时间较长；编辑模拟类过程模拟与自动化测试方案，需要根据现场实际情况设定站场、管线的基本信息，形成模拟类过程模拟与自动化测试方案表；最后对已形成的过程模拟与自动化测试方案进行插入取样点、测试参数设定等编辑操作；模拟过程模拟与自动化测试方案如图4所示；

4)筛选过程模拟与自动化测试，筛选过程模拟与自动化测试一般包含多个平行的处理过程，最终目的是从多个处理过程中得出一个最优的处理过程，从而确定管道输送工艺若干关键因素的最佳组合；

可用作筛选过程模拟与自动化测试因素的有：原油种类、降凝剂种类、加剂量、温度处理过程，包含多个升温降温阶段，并且过程中有一定的搅拌速率，其结构形式为：过程1目标温度-过程1需要时间-过程1搅拌速率-过程2目标温度-过程2需要时间-过程2搅拌速率，以此类推，其中温度处理过程组织成一个字符串序列，如图3所示；

5)过程模拟与自动化测试方案编制完成以后，进入生成设备计划的流程，生成设备计划的原理如下：由于评价方案最终要归结为设备的控制，将过程模拟与自动化测试方案生成为设备计划的过程，实质上是根据经验的过程模拟与自动化测试模式，按照一般的设备操作流程，从过程模拟与自动化测试方案中分解出各设备的控制参数和各设备间的逻辑关系，并以设备计划图的形式组成设备计划；其中图5为设备计划图的一般形式，从左到右主要有以下动作：开始(完成设备自检)、混合(原油预处理)、分装、加剂、温控与搅拌(综合处理)、取样及测试、结束；

生成设备计划的详细流程如下：首先从测试方案中按照预处理、分装、综合处理(温控与搅拌)、取样、测试，分解出五个阶段的控制参数和目标，然后根据每个阶段所涉及的设备，分解为设备的控制参数和逻辑关系；

对于筛选过程模拟与自动化测试，温控与搅拌在方案的设计阶段被表示成一个字符串序列，生成过程主要是把这个字符序列拆成了一个个的温控过程，并把这些温控过程按先后顺序连接起来，然后在序列的末端加入两个取样测试动作；一个字符序列生成上述的一个设备计划动作序列，把这些设备计划序列分配到各个模拟罐，然后加入混合，分装，加剂等过程，使其组成一个完整的设备计划；

对于模拟测评，处理的过程是把站点和站间的处理过程用温控过程来表示，按照先后关系把温控过程串联起来，并在每个温控阶段上加入相应的采样动作，最后在该处理序列中加入混合、分装等处理过程，使其组成一个完整的设备计划；

6)设备计划的优化是通过模拟分析进行的，根据设定的设备基本参数、目标控制参数以及经验进行计算，得到过程模拟与自动化测试设备的资源甘特图，从中可以很方便的看到理想状态下，该设备计划执行过程中各设备的启停时间，从而很容易发现在评价过程中是否有设备出现使用冲突或者效率不高的情况；

如果通过设备资源甘特图发现该设备计划效率不高或者有设备冲突的情况发生，即在同一时间有同一设备出现在两个不同的设备过程中，则对设备计划按照温度优先或者效率优先进行优化：

温度优先指：在保证预设取样温度序列不变的情况下，通过调整各个并行油样的过程模拟与自动化测试开始时间和次序，使过程模拟与自动化测试过程中设备不会出现冲突的前提下，总的测试时间最短；

效率优先是指：采用顺次取样测试记录温度的方法，4个罐考虑一个温降序列，顺次取样测试，可达到测评时间确定，设备利用效率高的效果；同时，也可以直接通过手动方式对设备计划进行调整；

7)最后对进行过优化的设备计划进行仿真，根据过程模拟与自动化测试方案实时计算设备的状态，给出类似于监控系统的设备执行状态仿真，同时给出过程模拟与自动化测试过程中各个设备相关的不同等级的报警信息，从而进一步发现过程模拟与自动化测试方案中的过程参数设置的不合理之处，确保过程模拟与自动化测试方案能够被设备顺畅的自动执行。

本发明为管输工艺评价设计提供了统一的方案编制平台、自动生成设备计划并进行设备计划的模拟和优化、提供图形化的设备计划编辑环境、对设备计划进行仿真，可供有经验的工程师直接设计编辑设备计划，能对设备计划进行仿真，最终提供可供管输工艺过程模拟与自动化测试设备自动顺利执行的设备计划。

附图说明

图1原油管输工艺过程模拟与自动化测试方案编制系统的功能模块结构图

图2原油管输工艺过程模拟与自动化测试方案编制的主流程图

图3原油管输工艺筛选过程模拟与自动化测试方案的示例图

图4原油管输工艺模拟过程模拟与自动化测试方案的示例图

图5原油管输工艺系统设备计划示例图

具体实施方式

实施例.有关本发明的详细内容及技术结合附图说明如下：

以下将以一实施例具体说明本发明，如图1所示，它包含：过程模拟与自动化测试方案编制数据库、过程模拟与自动化测试方案编制模块、设备计划自动生成模块、设备计划模拟优化模块。过程模拟与自动化测试方案编制模块、设备计划自动生成模块、设备计划模拟优化模块分别与过程模拟与自动化测试方案编制数据库相互连接，并接有用户使用接口。

其中：

1)过程模拟与自动化测试方案编制数据库

该模块用以存储评价方案和过程模拟与自动化测试设备的基本信息、过程模拟与自动化测试参数、方案的设备计划、以及要实现这三种类型的信息相互关联所必须的表，保证数据的完整性和正确性；

2)过程模拟与自动化测试方案编制模块

负责方案基本信息的输入、过程模拟与自动化测试参数的设定。该模块提供筛选类和模拟类两类测试方案的编制向导，分别形成筛选过程模拟与自动化测试方案表和模拟过程模拟与自动化测试，并可提供对已形成评价方案的编辑；

3)设备计划自动生成模块

该模块用以根据已编制的过程模拟与自动化测试方案生成能被设备所能理解的设备计划，并提供对设备计划的编辑、修改，同时该模块还提供采用图形化建模的方式直接设计设备计划；

4)设备计划模拟优化模块

该模块提供对生成的设备计划进行优化；根据设备基本参数、目标控制参数以及经验进行计算得到过程模拟与自动化测试设备的资源甘特图，并提供以温度优先、效率优先两种模式对设备计划进行自动优化，最后该模块还提供对于设备计划的仿真。

原油管输工艺过程模拟与自动化测试方案编制系统的自动生成方法是：

1)输入过程模拟与自动化测试的基本信息；

2)方案类型选择；

3)对于模拟过程模拟与自动化测试要输入场、管线信息、取样点温度、测试参数，后生成模拟过程模拟与自动化测试方案；

4)对于筛选评价要设定参数、水平值、评价指标，选择正交、全面实施，生成筛选评价方案；

5)在3)和4)步完成后，生成设备计划；

6)生成设备计划后再生成设备资源甘特图和仿真模拟；

7)生成设备计划后，进行手动优化、温度优化及自动优化、效率优化及自动优化，并将各优化反馈到生成设备计划。

具体是：

1)输入评价的基本信息，包括：方案名称、设计者、方案的目标(文字描述)、方案的类型、设计日期、最后修改日期等；

2)方案类型选择，在筛选类过程模拟与自动化测试方案和模拟类过程模拟与自动化测试方案二者选其一；

将与原油管道输送相关的若干关键条件分为测试参数和测试因素，其中测试参数是在本次过程模拟与自动化测试各平行样处理之间保持一致的条件；而测试因素则具有多个水平值，为本次过程模拟与自动化测试需要对其进行筛选的条件；通过编辑测试参数和待筛选因素的各水平值，以及过程模拟与自动化测试指标，并选择恰当的过程模拟与自动化测试设计模型(全面实验、正交试验)，系统自动给出一个筛选过程模拟与自动化测试方案；

3)模拟过程模拟与自动化测试用于模拟原油在多个站之间输送的处理过程，一般过程模拟与自动化测试持续时间较长；编辑模拟类评价方案，需要根据现场实际情况设定站场、管线的基本信息，形成模拟类过程模拟与自动化测试方案表；最后对已形成的过程模拟与自动化测试方案进行插入取样点、测试参数设定等编辑操作；模拟过程模拟与自动化测试方案如图4所示；

4)筛选过程模拟与自动化测试，筛选过程模拟与自动化测试一般包含多个平行的处理过程，最终目的是从多个处理过程中得出一个最优的处理过程，从而确定管道输送工艺若干关键因素的最佳组合；

可用作筛选过程模拟与自动化测试因素的有：原油种类、降凝剂种类、加剂量、温度处理过程，包含多个升温降温阶段，并且过程中有一定的搅拌速率，其结构形式为：过程1目标温度-过程1需要时间-过程1搅拌速率-过程2目标温度-过程2需要时间-过程2搅拌速率，其中温度处理过程组织成一个字符串序列，如图3所示；

5)过程模拟与自动化测试方案编制完成以后，进入生成设备计划的流程，生成设备计划的原理如下：由于评价方案最终要归结为设备的控制，将过程模拟与自动化测试方案生成为设备计划的过程，实质上是根据经验的过程模拟与自动化测试模式，按照一般的设备操作流程，从过程模拟与自动化测试方案中分解出各设备的控制参数和各设备间的逻辑关系，并以设备计划图的形式组成设备计划；其中图5为设备计划图的一般形式，从左到右主要有以下动作：开始(完成设备自检)、混合(原油预处理)、分装、加剂、温控与搅拌(综合处理)、取样及测试、结束；

生成设备计划的详细流程如下：首先从测试方案中按照预处理、分装、综合处理(温控与搅拌)、取样、测试，分解出五个阶段的控制参数和目标，然后根据每个阶段所涉及的设备，分解为设备的控制参数和逻辑关系；例如：对于筛选实验，温控与搅拌在方案的设计阶段被表示成一个字符串序列，生成过程主要是把这个字符序列拆成了一个个的温控过程，并把这些温控过程按先后顺序连接起来，然后在序列的末端加入两个取样测试动作；一个字符序列生成上述的一个设备计划动作序列，把这些设备计划序列分配到各个模拟罐，然后加入混合，分装，加剂等过程，使其组成一个完整的设备计划；对于模拟过程模拟与自动化测试，处理的过程是把站点和站间的处理过程用温控过程来表示，并按照先后关系把温控过程串联起来，并在每个温控阶段上加入相应的采样动作，最后在该处理序列中加入混合、分装等处理过程，使其组成一个完整的设备计划；

6)设备计划的优化是通过模拟分析进行的，具体如何优化？

7)最后对进行过优化的设备计划进行仿真，根据过程模拟与自动化测试方案实时计算设备的状态，给出类似于监控系统的设备执行状态仿真，可给出过程模拟与自动化测试过程中各个设备相关的不同等级的报警信息，从而进一步发现过程模拟与自动化测试方案中的过程参数设置的不合理之处，确保过程模拟与自动化测试方案能够被设备顺畅的自动执行。

接下来，我们描述实验设备计划的组成原理及其解析过程。作为一个复杂实验的设备计划，不可能由动作的简单堆砌就能描述的，动作之间存在多种联系，本例采用网络图来表示(图结构形式如图5所示)，其中，用顶点表示某个设备的活动，用有向边表示活动之间的关系。通常，设备动作的关系有以下三种：

a前驱和后继关系，后一个动作(B)的开始执行，必须以前一个动作(A)的执行完毕为必要条件，则A是B的一个前驱，而B是A的一个后继，前驱和后继都可以不是唯一的，而且前驱和后继关系是可以传递的；

b并列关系，若A、B的执行与对方没有任何关系，则A、B是并列关系，并列关系并不具备传递性；对于两个并列的动作，如果都没有前驱，则他们是可以并行实施的；

c从属关系，动作A、B，若B的执行是以A的执行为充分条件的，则B是A的一个从属动作。

利用以上所述的网络图描述的设备计划可供计算机进行解析，进而在此基础上可以进行设备资源甘特图的生成、优化和方针。

解析模拟策略为：

a在未执行动作中寻找没有前驱的动作；

b对每个动作开启一个守护线程，使用线程分别发送动作执行命令并监视这些动作的执行情况；

c若某个动作执行完毕，寻找该动作后续没有前驱的动作，重复第二步，线程退出；

d等到所有的守护线程退出，方案执行完毕。

按照以上的策略，根据设定的设备基本参数、目标控制参数以及经验进行计算，可以得到过程模拟与自动化测试设备的资源甘特图，从中可以很方便的看到理想状态下，该设备计划执行过程中各设备的启停时间，从而很容易发现在过程模拟与自动化测试过程中是否有设备出现使用冲突或者效率不高的情况。

如果通过设备资源甘特图发现该设备计划效率不高或者有设备冲突的情况发生，即在同一时间有同一设备出现在两个不同的设备过程中，则对设备计划按照温度优先或者效率优先进行优化：温度优先指：在保证预设取样温度序列不变的情况下，通过调整各个并行油样的过程模拟与自动化测试开始时间和次序，使过程模拟与自动化测试过程中设备不会出现冲突的前提下，总的过程模拟与自动化测试时间最短。效率优先是指：采用顺次取样测试记录温度的方法，4个罐考虑一个温降序列，顺次取样测试，可达到过程模拟与自动化测试时间确定，设备利用效率高的效果。同时，也可以直接通过手动方式对设备计划进行调整。

最后对进行过优化的设备计划进行仿真，根据实验方案实时计算设备的状态，给出类似于监控系统的设备执行状态仿真，可给出过程模拟与自动化测试过程中各个设备相关的不同等级的报警信息，从而进一步发现过程模拟与自动化测试方案中的过程参数设置的不合理之处，确保过程模拟与自动化测试方案能够被设备顺畅的自动执行。

本例经多次试验，证明本原油管输工艺过程模拟与自动化测试方案编制系统简单、可靠，其自动生成方法完整、全面，能提供统一的方案编制平台、自动生成设备计划并进行设备计划的模拟和优化、提供图形化的设备计划编辑环境、对设备计划进行仿真，可供有经验的工程师直接设计编辑设备计划，能对设备计划进行仿真，最终提供可供管输工艺过程模拟与自动化测试设备自动顺利执行的设备计划。