基于炼化生产装置控制系统的安全保护方法与流程

1.本技术涉及工业控制技术领域，尤其是涉及基于炼化生产装置控制系统的安全保护方法。


背景技术：

2.炼化生产装置是重整装置、常压减装置、催化装置等炼化装置的总称，炼化生产装置配置有控制系统，控制系统由集散控制系统(dcs，distributed control system)和先进控制系统(apc，advanced process control)组合而成。其中，先进控制系统是在集散控制系统基础控制上优于经典pid控制效果的系统。apc系统通常采用预测控制、推断控制、统计过程控制、模糊控制、神经网络控制、非线性控制、鲁棒控制以及软测量等技术，以工艺控制方案分析和数学模型计算为核心，实现过程优化控制和工艺卡边操作，提高自动化水平和经济效益。
3.使用apc系统过程中，由于apc系统存在通讯断开或者人为断开apc系统的问题，导致apc系统无法正常运营，进而造成炼化生产装置运行出现故障。因此，在引入先进控制系统时，需要有一套完善的保护逻辑以保护炼化生产装置安全稳定地运行。


技术实现要素：

4.本技术提供一种炼化生产装置先进控制系统的安全保护方法，具有保障炼化生产装置能够安全稳定的运行的效果。
5.一种基于炼化生产装置控制系统的安全保护方法，所述控制系统包括集散控制系统和先进控制系统，所述集散控制系统与所述先进控制系统通讯连接，所述集散控制系统包括多个集散子系统，所述集散子系统包括多条第一回路，一条所述第一回路由一个集散开关控制；所述先进控制系统包括与集散子系统一一对应的先进子系统，一所述先进子系统由一个控制子开关控制，多个所述控制子开关由一个总控制开关控制，所述先进子系统包括多条第二回路，一所述第二回路由一个先进开关控制，一所述先进开关对应一所述集散开关，位于同一个先进子系统中的多个所述先进开关由一个控制子开关控制，所述集散控制系统在与先进控制系统进行信息交互的过程中：按照预设的发送规则发送心跳信息至先进控制系统,并在之后的预设时间长度内接收先进控制系统返回的响应信息；若在预设预设时间长度内接收到响应信息，则判断所述总控制开关是否处于闭合状态；若是，则判断所述控制子开关是否处于闭合状态；若是，则根据预设的判断规则判断所述先进开关是否处于闭合状态，并控制与处于断开状态的先进开关对应的集散开关闭合。
6.通过采用上述技术方案，使得在集散控制系统与先进控制系统通讯正常、总控制开关闭合、控制子开关闭合的情况下，判断先进控制系统所包含的全部第二回路是否出现
异常，当正常运行时(先进开关处于闭合状态)保持现有工作状态；当出现异常时(先进开关处于断开状态)，则闭合与出现异常的先进开关相对应的集散开关，由第一回路代替第二回路执行工作，进而实现在先进控制系统出现全部故障或者部分故障时，均由对应的全部集散控制系统或者部分集散控制系统代替执行工作，从而保障了炼化生产装置安全稳定的运行。
7.可选地，所述判断所述总控制开关是否处于闭合状态的步骤还包括：若处于断开状态，则闭合全部的集散开关。
8.通过采用上述技术方案，由于总控制开关控制全部先进开关，所以在总控制开关处于断开状态时，整个先进控制系统未启动，即未发生作用，为此，需要闭合全部集散开关，由集散控制系统代替先进控制系统执行工作。
9.可选地，所述根据预设的判断规则判断所述先进开关是否处于闭合状态的步骤包括：每一个先进子系统采用一个线程轮询；每一个先进子系统采用一个线程轮询的步骤包括：判断先进子系统的数据准备期是否完成，若是则继续下一步骤；判断先进子系统的操作变量和被控变量是否位于预设范围内，若是则继续下一步骤；获取轮询起始点，并判断是否j＝1；其中，轮询起始点为一条第二回路上的先进开关，j为当前轮询的先进开关；判断第j个先进开关是否处于闭合状态，若是，则将第j个先进开关切入先进控制系统，并进入下一步骤；判断是否完成先进子系统所包含的全部先进开关的轮询，若是，则结束轮询并生成结果信息。
10.通过采用上述技术方案，一方面，在轮询过程中，用集散子系统代替出现异常的先进子系统执行工作，还用第一回路代替出现异常的第二回路执行工作，从而保障炼化生产装置能够安全稳定的运行。另一方面，由于每一个先进子系统单独使用一个线程进行轮询，则能够提高轮询效率，从而实现在先进控制系统和集散控制系统间快速切换。
11.可选地，所述判断每一个先进子系统的数据准备期是否完成的步骤还包括：若否，则保持现有状态，直至数据准备期完成。
12.可选地，所述判断每一个先进子系统的操作变量和被控变量是否位于预设范围内的步骤还包括：若否，则生成调整信息，直至操作变量和被控变量均位于预设的范围内；其中，所述操作变量和所述被控变量均为影响炼化生产装置的因素。
13.通过采用上述技术方案，便于在操作人员查看到调整信息后，根据调整信息调整操作变量和被控变量，使得操作变量和被控变量均满足条件。
14.可选地，所述判断第j个先进开关是否处于闭合状态的步骤还包括：若否，则闭合与第j个先进开关对应的集散开关。
15.通过采用上述技术方案，能够针对于出现异常的先进控制系统，采用集散控制系统代替其执行工作，从而提高了本方案的实用性。
16.可选地，所述根据预设的判断规则判断所述先进开关是否处于闭合状态的步骤包
括：采用一个线程轮询全部先进子系统；采用一个线程轮询全部先进子系统的步骤包括：调取顺序表，所述顺序表是先进控制系统所包含的全部先进子系统按照预设的顺序排列而得；确定顺序表的轮询起始点，以顺序表中排序第一的先进子系统作为轮询起始点，执行下一步骤；判断第i个控制子开关是否处于闭合状态，若是，则进入下一步骤；其中，i为当前轮询的控制子开关；判断数据准备期是否完成，若是则进入下一步骤；判断操作变量和被控变量是否位于预设范围内；若是，则调取顺序子表，所述顺序子表是位于同一个先进子系统中的全部第二回路按照预设的顺序排列而得；确定顺序子表的轮询起始点，以顺序子表中排序第一的第二回路作为轮询起始点，执行下一步骤；判断第j个先进开关是否处于闭合状态，若是，则将第j个先进开关切入先进控制系统，并进入下一步骤；判断是否完成顺序子表所包含的全部先进开关的轮询，若是，则进入下一步骤；判断是否完成顺序表所包含的全部控制子开关的轮询，若是，则结束轮询并生成结果信息。
17.通过采用上述技术方案，一方面，在轮询过程中，用集散子系统代替出现异常的先进子系统执行工作，还用第一回路代替出现异常的第二回路执行工作，从而保障炼化生产装置能够安全稳定的运行。另一方面，由于使用的是一个线程，所以能够降低安全保护方法的计算复杂度，进而提高本方案的实用性。
18.可选地，所述判断是否完成顺序子表所包含的全部先进开关的轮询的步骤还包括：若否，则j＝j 1，并返回判断第j个先进开关是否处于闭合状态的步骤，以判断第j＝j 1先进开关是否处于闭合状态。
19.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：1.每一个先进子系统采用一个线程轮询：一方面，在轮询过程中，采用集散子系统代替出现异常的先进子系统执行工作，还采用第一回路代替出现异常的第二回路执行工作，从而保障炼化生产装置能够安全稳定的运行。另一方面，由于每一个先进子系统单独使用一个线程进行轮询，则能够提高轮询效率，从而实现在先进控制系统和集散控制系统间快速切换；2.采用一个线程轮询全部先进子系统：一方面，在轮询过程中，采用集散子系统代替出现异常的先进子系统执行工作，还采用第一回路代替出现异常的第二回路执行工作，从而保障炼化生产装置能够安全稳定的运行。另一方面，由于使用的是一个线程，所以能够降低安全保护方法的计算复杂度，进而提高本方案的实用性。
附图说明
20.图1是本技术实施例一的每一个先进子系统采用一个线程轮询的流程图。
21.图2是本技术实施例二的采用一个线程轮询全部先进子系统的流程图。
22.图3是本技术实施例二的一个先进子系统轮询流程图。
具体实施方式
23.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的全部其他实施例，都属于本技术保护的范围。
24.本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
25.本技术应用于炼化生产装置中，具体地，用于控制炼化生产装置的控制系统稳定的执行工作，从而保障炼化生产装置安全稳定的运行。其中，控制系统包括集散控制系统和先进控制系统，集散控制系统和先进控制通讯连接。集散子系统包括多条第一回路，一条第一回路由一个集散开关控制。先进控制系统包括与集散子系统一一对应的先进子系统，一先进子系统由一个控制子开关控制，多个控制子开关由一个控制总开关控制；先进子系统包括多条第二回路，一条第二回路由一个先进开关控制，一个先进开关有且仅有一个对应的集散开关，位于同一个先进子系统中的多个先进开关由一个控制子开关控制。需要说明的是，第一回路和第二回路均为控制系统中的控制回路，而采用第一回路来命名位于集散控制系统中的控制回路，以及采用第二回路来命名位于先进控制系统中的控制回路仅作为示例而已，并不能作为限制控制回路的条件。
26.在实际应用过程中，一方面，由于先进控制系统本身也会存在死机或者线路问题等情况，导致先进控制系统通讯异常；另一方面，炼化生产装置受控于外界因素，如炼化生产装置为重整装置时，由于重整装置用于供原料和催化剂在高温条件下反应生成芳烃，所以需要监控原料和催化剂的进料量，还需要监控重整装置内的温度。当原料和催化剂的进料量、重整装置内的温度不满足生成芳烃的条件时，人工将会手动关闭先进开关。上述两个方面会造成炼化生产装置的控制系统处于全部瘫痪状态或者部分瘫痪状态，进而无法保障炼化生产装置安全稳定的运行，所以需要采用本技术所提供的技术方案，以周期性的检测先进控制系统是否出现异常，并在先进控制系统异常的情况下，集散控制系统根据炼化生产装置的设定值以及跟踪记录先进控制系统的输出值，保障炼化生产装置能够在先进控制系统与集散控制系统间无扰动切换。
27.本技术提供一种基于炼化生产装置控制系统的安全保护方法，该安全保护方法位于集散控制系统内。参照图1，安全保护方法的主要流程描述如下：实施例一：步骤s10：判断集散控制系统与先进控制系统是否通讯正常，若正常，则进入下一步骤；否则，采用集散控制系统代替先进控制系统执行工作。
28.上述判断集散控制系统和先进控制系统是否通讯正常有两种方式。其中，第一种判断方式是集散控制系统按预设的时间间隔向先进控制系统发送心跳信息，若在预设的时间长度内没有收到先进控制系统的返回的响应信息，则认为通讯异常。另一种判断方式是先进控制系统按预设的时间间隔向集散控制系统发送心跳信息，由集散控制系统返回响应
信息，若先进控制系统在预设的时间长度内未接收到集散控制系统返回的响应信息，则认为通讯异常。在实际应用中，具体采用哪一种判断方式在此不作限制。
29.本技术中，需要保障集散控制系统与先进控制系统保持通讯连接的目的是为了：在先进控制系统异常时，由先进控制系统切换为集散控制系统，所以当集散控制系统和先进控制系统断开通讯连接时，集散控制系统无法在先进控制系统故障的情况下执行切换工作，所以，判断集散控制系统和先进控制系统之间的通讯连接是否正常是有必要的。
30.步骤s20：判断总控制开关是否处于闭合状态，若处于闭合状态，则继续进行下一步骤；否则，采用集散控制系统代替先进控制系统执行工作。
31.判断总控制开关是否处于闭合状态的方法可以采用人工观测，也可以通过电流检测传感器或者电压检测传感器等能够实现检测总控制开关状态的电子设备。当采用的是人工观测时，则由人工将观测结果录入集散控制系统中，而当采用电子设备进行检测时，集散控制状态直接从电子设备中调取检测结果。
32.由于总控制开关控制全部的控制子开关，而一个控制子开关控制位于同一个先进子系统中的全部先进开关，所以当总控制开关处于断开状态时，说明先进控制系统未启动，也可以认为先进控制系统处于全部瘫痪状态，因此在总控制开关处于断开状态时，将先进控制系统切换为集散控制系统，由集散控制系统执行工作，以保障炼化生产装置安全稳定的运行。
33.步骤s30：判断控制子开关是否处于闭合状态，若处于闭合状态，则继续进行下一步骤；否则，采用集散子系统代替先进子系统执行工作。
34.在本实施例中，每一个先进子系统采用一个线程轮询，即每一个线程负责对一个先进子系统进行安全保护。在轮询过程中，首先判断控制子开关是否处于闭合状态，对于未处于闭合状态的控制子开关，将集散控制系统代替该控制子开关所对应的先进子系统执行工作，而针对于处于闭合状态的控制子开关，还需要继续轮询。为了便于说明，以下以一个处于闭合状态的控制子开关所对应的先进子系统为例：步骤s311：判断数据准备期是否已经完成，若完成则进行下一步骤；否则，保持现有状态，直至数据准备期完成。
35.数据准备期是影响炼化生产装置的因素均已准备完毕，例如，当炼化生产装置为催化装置时，准备期完成就是指需要加入催化装置中的催化剂均已经对应准备完毕，同时催化装置内的温度已经达到催化条件。因此，判断数据准备期是否完成，是决定是否将先进子系统切入先进控制系统的条件，而当先进子系统已经切入先进控制系统时，则保持现有连接状态。
36.步骤s312：判断操作变量和被控变量是否位于预设的范围内，若是则进入下一步骤；否则，生成调整信息，直至操作变量和被控变量均位于预设的范围内。
37.操作变量和被控变量是人工添加的，而在集散控制系统内存储有预设的操作变量范围和预设的被控变量范围。当满足：人工添加的操作变量超出预设的操作变量范围、人工添加的被控变量超出预设的被控变量范围中任意一个条件或者两个条件均满足时，集散控制系统输出调整信息，操作人员查看到调整信息后，根据调整信息调整操作变量和/或被控变量，以便于影响炼化生产装置的因素均满足条件。
38.步骤s313：获取轮询起始点，并判断是否j＝1；其中，轮询起始点为一条第二回路
中的先进开关，j为当前轮询的先进开关。
39.在本实施例中，轮询起始点的确定可以为随机选择的一个先进开关，也可以为提前设定的一个先进开关，在进行轮询时，每次从轮询起始点开始轮询。
40.步骤s314：判断第j个先进开关是否处于闭合状态，若是，则将第j个先进开关所对应的第二回路切入先进控制系统，并进入下一步骤；否则，采用第一回路代替与第j个先进开关所对应的第二回路执行工作，并进入下一轮询。
41.通过执行步骤s314，能够将满足条件的第二回路切入先进控制系统中，使得在轮询全部的先进子系统后，能够将出现异常的第二回路由相对应的第一回路代替执行工作，使得炼化生产装置能够安全稳定的运行。
42.步骤s315:判断是否轮询完位于同一个先进子系统中的全部先进开关，若是，则结束轮询并生成结果信息；否则，j＝j 1，并返回步骤s314，判断第j＝j 1个先进开关是否处于闭合状态，重复步骤s314-步骤s315，直至轮询完位于同一个先进子系统中的全部先进开关为止。
43.上述步骤s311至步骤s315为一个先进子系统的轮询流程，剩余的先进子系统的轮询过程与上述列举的先进子系统的轮询过程相同，所以在此不再赘述。在先进控制系统中，每一个先进子系统通过同时执行上述步骤s311-步骤s315，能够实现遍历各自先进子系统所包含的全部先进开关，并在遍历过程中，能够采用集散子系统代替先进子系统执行工作和/或采用第一回路代替异常的第二回路执行工作，进而保障炼化生产装置能够安全稳定的运行。同时，由于每一个先进子系统单独使用一个线程进行轮询，则能够提高轮询效率，从而实现在先进控制系统和集散控制系统间快速切换。
44.实施例二：实施例二与实施例一的区别是：在判断控制子开关是否处于闭合状态时，采用一个线程对所有的控制子开关进行轮询，轮询流程如图2所示。在图2中，为了便于完整的展示实施例二的流程，将判断集散控制系统和先进控制系统是否通讯正常、判断总控制开关是否处于闭合状态两个步骤均展示在了图2中，但由于判断集散控制系统和先进控制系统是否通讯正常、判断总控制开关是否处于闭合状态两个步骤与实施例一的相同，所以在此不再赘述。实施例二中对控制子开关进行轮询的具体步骤如下：在对控制子开关进行轮询前，需要先建立顺序表，并根据顺序表确定轮询起点，以轮询起点开始轮询。具体地，顺序表是先进控制系统所包含的全部先进子系统按照预设的顺序排列而得。在本实施例中，预设的顺序可以为按照先进子系统中第二回路数量由多至少进行排序，也可以按照先进子系统中第二回路数量由少至多进行排序，还可以按照先进子系统启动的先后顺序进行排序。在实际应用中，具体采用哪一种排序在此不作限制，以能够将全部的先进子系统纳入顺序表为准。生成顺序表后，以顺序表中排序第一的先进子系统至排序倒数第一的先进子系统作为轮询顺序。
45.步骤s40：判断第i个控制子开关是否处于闭合状态，若是则进入下一步骤；否则，采用集散子系统代替第i个控制子开关所对应的先进子系统执行工作。其中，i为当前轮询的控制子开关。
46.步骤s41：判断数据准备期是否已经完成，若是则进行下一步骤；否则，保持现有状态，直至数据准备期完成。
47.步骤s42：判断操作变量和被控变量是否位于预设的范围内，若是则进入下一步骤；否则，生成调整信息，直至操作变量和被控变量均位于预设的范围内。
48.上述步骤s41步骤的过程可类比与前述步骤s311的过程、步骤s42的过程可类比于前述步骤s312的过程，所以在此均不再赘述。
49.当第i个控制子开关所对应的先进子系统均满足步骤s41和步骤s42，则需要判断位于该先进子系统中的第二回路是否满足切入条件。而在判断该先进子系统中的第二回路是否满足切入条件前，需要先建立顺序子表，并根据顺序子表确定轮询该先进子系统时的轮询起点。具体地，顺序子表是位于同一个先进子系统中的全部第二回路按照预设的顺序排列而得。顺序子表的生成过程可类比与顺序表的生成过程，所以在此不再赘述。得到顺序子表后，以顺序子表中排序第一的第二回路至排序倒数第一的第二回路作为轮询顺序，根据轮询顺序轮询第二回路。
50.步骤s43:判断第j个先进开关是否处于闭合状态，若是则将第j个先进开关所对应的第二回路切入先进控制系统，并进入下一步骤；否则，采用第一回路代替第j个先进开关所对应的第二回路执行工作，并进入下一轮询。其中，j为当前轮询的第二回路。
51.步骤s44：判断是否轮询完顺序子表中的第二回路，若是，则进入下一步骤；若否，则j＝j 1，并返回步骤s43，以判断第j＝j 1个先进开关是否处于闭合状态，重复步骤s43和步骤s44，直至轮询完顺序子表中全部的第二回路为止。
52.步骤s45：判断是否轮询完顺序表中的先进子系统，若是，则结束轮询并生成结果信息；若否，则i＝i 1，并返回步骤s40，以判断第i＝i 1个控制子开关所对应的先进子系统是否处于闭合状态，并重复步骤s40至步骤s45的过程，直至轮询完顺序表中全部的先进子系统为止。
53.通过执行上述步骤s40至步骤s45，能够通过一个线程实现遍历整个先进控制系统，并在遍历过程中，能够采用集散子系统代替先进子系统执行工作和/或采用第一回路代替异常的第二回路执行工作，进而保障炼化生产装置能够安全稳定的运行。同时，由于使用的是一个线程，所以能够降低安全保护方法的计算复杂度，提高本方案的实用性。
54.以上描述仅为本技术的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本技术中所涉及的公开范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离前述公开构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其他技术方案。例如上述特征与本技术中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。