ОПТИМИЗАТОР КОНТУРА КОНТРОЛЯ УРОВНЯ ЖИДКОСТИ
LIQUID LEVEL CONTROL LOOP OPTIMISER

Область техники
[0001] Настоящее изобретение направлено на контуры контроля уровня жидкости в технологических установках и, в частности, на оптимизацию контуров контроля уровня жидкости и электрических контуров контроля уровня жидкости.
Уровень техники
[0002] В некоторых промышленных процессах, например, процессах, которые реализуются в нефтяной промышленности, используются емкости различного назначения для содержания жидкостей, в том числе и для разделения жидкостей с различной удельной плотностью. Как правило, такие емкости имеют известное или прогнозируемое значение притока и требуют периодического опорожнения либо "сброса" для поддержания установленного уровня жидкости в емкости или уровня, близкого к установленному. На протяжении большей части их истории в системах управления технологическими процессами для этой цели использовались пневматические контроллеры уровня и клапаны "сброса" с пневматическим приводом (или "сливные" клапаны). Как правило, пневматический контроль работает с очень маленькой задержкой, поскольку давление при таком контроле обеспечивает очень быстрое срабатывание клапана, например, за несколько сотых миллисекунд.
[0003] Со временем системы управления технологическими процессами перешли от пневматического контроля к электрическому. Во многих случаях клапаны сброса имеют электрический привод и/или задействуют электрические контроллеры уровня. Электрические контроллеры уровня и, в частности, электроприводы обеспечивают задержку между командой для открытия или закрытия клапана и ответом привода. Например, электрические контроллеры уровня дают электрические сигналы управления, которые при соединении с пневматическим приводом должны быть преобразованы в пневматический сигнал контроля клапана, а при соединении с электрическим приводом приводятся в действие электромотором, который не может инициировать клапан так же быстро, как пневматическое усилие. Соответственно, существует задержка между моментом, когда сигнал датчика дает команду контроллеру уровня о приведении клапана в действие, и моментом, когда привод отвечает на команду, полученную от контроллера уровня.
Сущность изобретения
[0004] В одном из вариантов реализации изобретения способ оптимизации контура контроля уровня жидкости включает получение результата выбора типа емкости, получение одного и более параметров емкости в соответствии с выбранным типом емкости, получение одного и более параметров потока, получение параметра планируемого допустимого интервала и получение признаков одной или более возможных конфигураций клапана и привода. Способ также включает моделирование каждой из возможных конфигураций клапана и исполнительного привода с использованием полученного результата выбора типа емкости, параметров емкости и параметров потока, а также отображение результатов моделирований. В некоторых вариантах реализации изобретения способ включает устранение из возможных конфигураций клапана и исполнительного привода любых конфигураций, определенных посредством модели как непригодных для использования, с учетом полученного результата выбора типа емкости, параметров емкости и параметров потока. В некоторых вариантах реализации изобретения способ включает приоритизацию каждой из конфигураций в соответствии с результатами соответствующих моделирований.
Краткое описание графических материалов
[0005] Фиг. 1 иллюстрирует схему части технологической установки, содержащей контур контроля уровня жидкости;
[0006] Фиг. 2 иллюстрирует блок-схему компьютерной системы, которая может реализовывать способ оптимизации контура контроля уровня жидкости;
[0007] Фиг. 3 иллюстрирует блок-схему с изображением примера способа оптимизации контура контроля уровня жидкости;
[0008] Фиг. 4 иллюстрирует пример пользовательского интерфейса для реализации способа оптимизации контура контроля уровня жидкости;
[0009] Фиг. 5 иллюстрирует пример диалогового окна, связанного с пользовательским интерфейсом на Фиг. 4, с изображением конфигурации емкости;
[0010] Фиг. 6 иллюстрирует пример диалогового окна с Фиг. 5 с изображением другой конфигурации емкости;
[0011] Фиг. 7 иллюстрирует пример диалогового окна, связанного с пользовательским интерфейсом с Фиг. 4, для удобства ввода свойств жидкости для конфигурации емкости согласно Фиг. 5;
[0012] Фиг. 8 иллюстрирует пример диалогового окна с Фиг. 7 с изображением свойств жидкости для другой конфигурации емкости;
[0013] Фиг. 9 иллюстрирует пример интерфейса пользователя на Фиг. 4 с изображением результатов смоделированных конфигураций клапанов с выбранными параметрами емкости, жидкости и потока;
[0014] Фиг. 10 иллюстрирует пример интерфейса пользователя на Фиг. 4 с отображением различных результатов;
[0015] Фиг. 11 иллюстрирует пример интерфейса пользователя на Фиг. 4 с отображением еще других результатов;
[0016] Фиг. 12 иллюстрирует пример интерфейса пользователя на Фиг. 4 с отображением еще другого набора результатов;
[0017] Фиг. 13 иллюстрирует пример диалогового окна для ввода параметров расчета закупорки; и
[0018] Фиг. 14 иллюстрирует пример экрана с отображением результатов расчета закупорки.
Подробное описание изобретения
[0019] Настоящее изобретение относится к оптимизатору контура контроля уровня жидкости. Использование электрических компонентов (например, контроллеров и приводов клапанов) в контурах контроля уровня жидкости представило значительную задержку управления, обусловленную задержкой привода, влиянием напряжения питания на объект, зависимостью от скорости повышения и падения уровня, а также параметрами потока жидкости, которые раннее не учитывались при конфигурировании стандартных контуров пневматического контроля уровня. Описанный в данном документе оптимизатор контура контроля уровня жидкости моделирует работу контура контроля уровня жидкости с использованием электрических компонентов в соответствии с установленными пользователем требованиями, а также предоставляет подробную информацию о работе одной и более возможных конфигураций, включая информацию о том, будет ли конфигурация удовлетворять установленным пользователем требованиям, а также о работе каждой пригодной к использованию конфигурации.
[0020] Фиг. 1 иллюстрирует схему части 100 технологической установки, содержащей емкость 102. Емкость 102 проиллюстрирована на Фиг. 1 как простая емкость, но она может являться емкостью любого известного типа (например, для содержания жидкостей, выполнения фазового разделения и т.п.), в которой поддерживается установленный уровень жидкости, или уровень, близкий к установленному, в соответствии с технологическими требованиями. Емкость 102 имеет впускную трубу 104, через которую жидкость (жидкости) и/или газ (газы) поступают в емкость 102. Впускная труба 104 может быть соединена, например, с трубопроводом, по которому выполняется транспортировка нефти на производственную платформу из нефтяной скважины с устьем на дне моря. Как правило, впускная труба 104 может быть соединена с любой системой, в которой жидкость поступает в емкость (для ферментации, разделения фаз или любой другой процедуры) и периодически сливается из емкости. Емкость 102 также имеет выпускную трубу 106 для слива жидкости из емкости 102, при этом труба 106, при необходимости/в соответствии с требованиями, может быть соединена с любыми другими технологическими элементами. При том, что впускная труба 104 и выпускная труба 106 проиллюстрированы на Фиг. 1 с верхней и нижней сторон емкости 102 соответственно, Фиг. 1 иллюстрирует только одну возможную конфигурацию. Как впускная труба 104, так и выпускная труба 106 могут быть соединены с емкостью 102 в соответствии с определенным типом емкости 102 и необходимыми функциями емкости 102. Например, выпускная труба 106 может быть соединена с емкостью 102 в нижней части емкости 102 для слива жидкости через нижнюю часть емкости 102 (например, жидкость с наибольшей удельной плотностью), в направлении верхней части емкости 102 для слива жидкости относительно верхней части емкости 102 (например, жидкости с наименьшей удельной плотностью), где-нибудь по центру емкости 102 для слива жидкости на поверхности раздела двух жидкостей в бак внутри емкости 102, и т.п.
[0021] Поток из емкости 102, через трубу 106, контролируется клапаном сброса 108, который приводится в действие исполнительным приводом 110. Клапаном сброса 108 может являться клапан любого типа, подходящий для жидкостей, используемых в технологическом процессе, и, в частности, может являться такой клапан, как регулирующий клапан Fisher D3 или D4, который предлагает Emerson Process Management и который сконфигурирован для работы с электрическим приводом клапана, такой как электропривод Fisher easy-Drive Electric Actuator, который также предлагает Emerson Process Management. В одном варианте реализации изобретения клапан сброса 108 может быть представлен клапаном с поступательным движением штока, в то время как в другом варианте реализации изобретения клапан сброса 108 может быть представлен поворотным клапаном. Клапан сброса 108 может быть сконфигурирован или иметь возможность настройки по размеру клапана и/или по размеру отверстия клапана. В вариантах реализации изобретения модель клапана, размер клапана и размер отверстия клапана выбраны и/или сконфигурированы в соответствии с требованиями назначения. Например, при более высокой скорости слива жидкости через клапан сброса 108 можно выбрать более крупный размер отверстия калапана.
[0022] Контроллер уровня 112 посылает сигналы контроля на исполнительный привод 110 посредством соединения 114. Несмотря на то, что контроллер уровня 112 может быть представлен контроллером уровня любого типа, в одном варианте реализации изобретения контроллер уровня 112 является электрическим контроллером уровня, а соединение 114 является электрической связью, посредством которой контроллер уровня 112 обеспечивает отправку электронных сигналов контроля на исполнительный привод 110. В вариантах реализации изобретения контроллер уровня 112 выбирается и/или конфигурируется в соответствии с напряжением (напряжениями), необходимым для управления определенным выбранным исполнительным приводом 110. В конкретных вариантах реализации изобретения контроллер уровня 112 является двухпозиционным контроллером допустимого интервала, который приводит в действие исполнительный привод 110 и затем клапан 108 для поддержания уровня жидкости 116 в емкости 102 между максимальным уровнем 116А и минимальным уровнем 116 В. Расстояние между максимальным уровнем 116А и минимальным уровнем 116 В называется допустимым интервалом (ДИ). Датчик 118, который может быть представлен датчиком любого подходящего типа, например, датчиком перемещения, передает информацию об уровне жидкости на контроллер уровня 112.
[0023] Контроллер уровня 112 может включать механизм настройки на нуль 120, который позволяет выполнять настройку среднего уровня в емкости 102. Контроллер уровня 112 может также включать механизм настройки интервала 122, который обеспечивает регулировку и/или настройку допустимого интервала.
[0024] Как становится понятно, принимая во внимание приведенное выше описание, конфигурация клапана 108, исполнительного привода 110 и контроллера 112 будет работать с необходимыми параметрами контура контроля уровня жидкости (например, размер допустимого интревала, скорость потока в емкость 102 и т.п.) для определения различных эксплуатационных характеристик контура контроля уровня жидкости. К таким свойствам относятся, не ограничиваясь указанным, объем при сбросе (именуемый также объемом сброса), число циклов сброса в день, время сброса (т.е. промежуток времени, в течение которого клапан открыт до достижения объема сброса), время заполнения (т.е. промежуток времени между закрытием клапана после одного цикла сброса и открытием клапана для следующего цикла сброса), время цикла (т.е. промежуток времени между началом последовательных циклов сброса), мощность, необходимая для работы клапана, и рабочий цикл клапана. Например, при более крупных размерах отверстия клапана продолжительность сброса для установленного объема будет снижена (или, как вариант, возрастет объем сброса на единицу времени), а также сократится длительность цикла, что, потенциально, приведет к снижению износа клапана. При настройке меньшего ДИ частота циклов сброса возрастет, что может привести к повышенному износу клапана. Другие связи между эксплуатационными характеристиками и параметрами конфигурации будут явны в контексте данного описания изобретения.
[0025] Фиг. 2 иллюстрирует логический вид вычислительного устройства в форме компьютера 130, который может быть использован для оптимизации контура контроля уровня жидкости. Для наглядности компьютер 130 иллюстрирует принципы данного изобретения. Тем не менее, такие принципы применимы в равной степени к другим электронным устройствам с достаточной вычислительной мощностью, включая, не ограничиваясь указанным, смартфоны, карманные персональные компьютеры, планшеты и ноутбуки. Компоненты компьютера 130 могут включать, не ограничиваясь указанным, блок обработки данных 132, системную память 134 и системную шину 136, которая обеспечивает соединение различных компонентов системы, в том числе память системы 134 с блоком обработки данных 132. Системная шина 136 может иметь структуру любого из нескольких типов, включая шину памяти или контроллер памяти, перефирийную шину и локальную шину, с использованием любой из множества архитектур шины. В качестве примера, а не ограничения, такие архитектуры включают шину архитектуры промышленного стандарта (ISA), шину микроканальной архитектуры (МСА), шину расширенной архитектуры ISA (EISA), локальную шину ассоциации по стандартам в области видеоэлектроники (VESA) и локальную шину соединения периферийных устройств (PCI), внешнюю шину и шину Hypertransport™, которая является шиной переменной ширины с использованием протокола пакетной передачи данных.
[0026] Компьютер 130 может содержать один и более серийных, параллельных или других интерфейсов связи 138, таких как интерфейсы универсальной последовательной шины (USB), интерфейсы сверхбыстрой передачи данных IEEE-1394 (FireWire), интерфейсы RS-232, интерфейсы RS-423, интерфейсы RS-485, интерфейсы IEEE-488 (HPIB или GPIB) и т.п.
[0027] Компьютер 130, как правило, содержит множество считываемых компьютером носителей данных (т.е. долговременных носителей). Считываемые компьютером носители данных могут являться любыми доступными носителями данных, которые могут быть доступны для компьютера 130 и включают как энергозависимые, так и энергонезависимые носители, съемные и несъемные носители. В качестве примера, а не ограничения, считываемые компьютером носители могут включать энергозависимые и энергонезависимые, съемные и несъемные носители, реализованные любым способом или технологией хранения информации, такой как считываемые компьютером команды, структуры данных, программные модули или другие данные. Считываемые компьютером носители данных включают, не ограничиваясь указанным, оперативное запоминающее устройство (RAM), постоянное запоминающее устройство (ROM), электронно-стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (EEPROM), флэш-память или другую технологию запоминающих устройств, CD-ROM, универсальные цифровые диски (DVD) или другой накопитель на оптических дисках, магнитные кассеты, магнитную ленту, магнитные дисковые накопители и другие магнитные устройства хранения информации или любой другой носитель, который может быть использован для хранения требуемой информации и доступен для компьютера 130.
[0028] Системная память 134 включает запоминающее устройство компьютера в форме энергозависимого и/или энергонезависимого запоминающего устройства, такого как постоянное запоминающее устройство (ROM) 140 и запоминающее устройство с произвольной выборкой (RAM) 142. Базовая система ввода-вывода 144 (BIOS), содержащая основные стандартные программы, которые помогают выполнять перенос информации между элементами внутри компьютера 130, например, при запуске, обычно хранится в ROM 140. RAM 142 обычно содержит модули данных и/или программные модули с незамедлительным доступом и/или используемые на текущий момент блоком обработки данных 132. В качестве примера, а не ограничения, Фиг. 2 иллюстрирует операционную систему 146, прикладные программы 148 (например, один или более модулей или подпрограмм, реализующих часть или все из способов, описанных в настоящем документе), другие программные модули или подпрограммы 150 и программные данные 152, которые могут включать данные резидентных подпрограмм, для использования путем, и/или создания с помощью прикладных программ 148.
[0029] Компьютер 130 может также содержать другие съемные/несъемные, энергозависимые/энергонезависимые компьютерные носители данных. В качестве примера, Фиг. 2 иллюстрирует жесткий диск 154, который считывает или записывает на несъемный энергонезависимый магнитный носитель, накопитель на магнитных дисках 156, который считывает или записывает на съемный, энергонезависимый магнитный диск 158, и накопитель на оптических дисках 160, который считывает или записывает на съемный энергонезависимый оптический диск 162, такой как CD-ROM или другие оптические носители. Другой съемный/несъемный, энергозависимый/энергонезависимый запоминающий носитель данных, который может быть использован в приведенной в примере операционной среде, может представлять собой, без ограничения, кассеты с магнитной лентой, карты флэш-памяти, универсальные цифровые диски, цифровую видеопленку, твердотельное RAM, твердотельное ROM и т.п. Накопитель на жестком диске 154, как правило, подключен к системной шине 136 посредством постоянного интерфейса памяти, такого как интерфейс 164, а накопитель на магнитных дисках 156 и накопитель на оптических дисках 160, как правило, подключены к системной шине 136 посредством съемного интерфейса памяти, такого как интерфейс 166.
[0030] Описанные выше накопители и связанные с ними устройства хранения данных и проиллюстрированные на Фиг. 2 обеспечивают хранение машиночитаемых команд, структур данных, программных модулей и других данных для компьютера 130. На Фиг. 2, например, накопитель на жестком диске 154 проиллюстрирован как операционная система хранения 168, прикладные программы 170, другие программные модули 172 и программные данные 174. Следует обратить внимание, что эти компоненты могут быть либо такими же, либо отличаться от операционной системы 146, прикладных программ 148, других программных модулей 150 и программных данных 152. Операционная система 168, прикладные программы 170, другие программные модули 172 и программные данные 174 приведены различными ссылками, чтобы проиллюстрировать, как минимум, что они представляют собой разные копии. Пользователь может вводить команды и информацию в компьютер 130 через устройства ввода, такие как клавиатура 176 и указывающее устройство 178, как правило, именуемое мышь, шаровой манипулятор или сенсорная панель. Другие устройства ввода (не показаны) могут включать сенсорный дисплей, микрофон, джойстик, игровую панель, спутниковую антенну, сканер, цифровой фотоаппарат и аналогичные им. Эти и другие устройства ввода данных часто подключаются к блоку обработки данных 132 через интерфейс пользователя 180, который связан с системной шиной 136, но могут быть подключены через другой интерфейс и шинную структуру, такую как параллельный порт, игровой порт или универсальная последовательная шина (USB). Монитор 182 (который может являться упомянутым выше сенсорным дисплеем) или устройство отображения другого типа также подключено к системной шине 136 через интерфейс, такой как видеоинтерфейс 184.
[0031] Компьютер 130 может работать в сетевой среде с использованием логических соединений с одним или более удаленными компьютерами (не показано) через сетевой интерфейс 186, такой как широкополосное подключение к Ethernet, беспроводное соединение IEEE 802.11, соединение Bluetooth или другое известное сетевое соединение. Компьютер 130 может осуществлять связь через сетевой интерфейс 186 с одним или более другими компьютерами, выполняющими один или более программных модулей, воплощая часть способов, описанных в данном документе, например, чтобы разделить требования к обработке для манипулирования данными в режиме реального времени между несколькими компьютерами или передавать данные или получать данные с сервера, с целью получения обновленных данных моделирования, передачи параметров для удаленной обработки, получения дистанционно генерируемых результатов и тому подобного.
[0032] В варианте реализации изобретения прикладные программы 170, сохраненные на машиночитаемом носителе данных компьютера 130 и исполняемые блоком обработки 134, включают программу 190 для оптимизации контура контроля уровня жидкости. Программа 190 может быть выполнена в виде одной подпрограммы или модуля либо как набор подпрограмм или модулей. В любом случае, программа 190, как правило, выполняет способ 200, проиллюстрированный в виде блок-схемы на Фиг. 3. Способ 200 включает получение результата выбора типа емкости (блок 205). Результат выбора типа емкости может быть получен, в вариантах реализации изобретения, через пользовательский интерфейс, представленный пользователю на дисплее (например, на мониторе 182). Различные типы емкостей, доступные для выбора, могут последовательно отображаться на дисплее либо могут быть выведены перечнем в соответствии с номером модели и т.п. Как указано выше, емкость может быть емкостью любого типа, включая горизонтальные емкости, вертикальные емкости, емкости для фазового разделения (две фазы, три фазы и т.п.), емкости с внутренними баками и т.п.Как будет понятно далее, некоторые конфигурации емкостей могут включать несколько сливных клапанов. Соответственно, выбор типа емкости может включать вариант, при котором конфигурируется множество сливных клапанов для определенной конфигурации емкости. Типы емкостей, доступные для выбора, могут храниться как часть прикладной программы 190 или в качестве части программных данных 174, связанных с прикладной программой 190.
[0033] После получения результата выбора типа емкости может быть получен выбор параметров емкости для выбранного типа емкости (блок 210). Параметры емкостей (и, фактически, все параметры, описанные в следующих пунктах), связанные с емкостью определенного типа, могут быть извлечены из памяти (например, из программных данных 174) и могут быть представлены пользователю в любом из множества типов элементов контроля (текстовые поля, полосы прокрутки, выпадающие меню и т.д.), которые позволяют пользователю вводить запрашиваемые данные параметров. Данные параметров могут включать, в качестве примера, а не ограничения, диаметр емкости, длину емкости, высоту емкости, предварительно установленную высоту, высоту бака и тому подобное. Данные параметров могут быть представлены любыми данными, необходимыми для вычисления или оценки уровня жидкости в емкости или уровня раздела фаз в емкости. Для различных типов емкостей могут быть необходимы или игнорироваться различные параметры емкости. Например, для простой вертикальной емкости может потребоваться только диаметр, поскольку диаметр по высоте не меняется, в то время как для простой горизонтальной емкости могут потребоваться высота, длина и диаметр. Параметры емкости могут также включать: параметры, связанные с поплавковым уровнемером (датчиком) 118, такие как положение и размер уровнемера; назначение емкости и пользователя емкости и/или программу 190.
[0034] Способ 200 также включает получение параметров потока и/или жидкости (блок 215). Параметры потока и/или жидкости могут включать информацию об удельной плотности жидкости(ей) в емкости, давление(я) пара жидкости(ей), критическое(ие) давление(я) жидкости(ей) и тип(ы) жидкости(ей). В некоторых вариантах реализации изобретения выбор типа жидкости может привести к моделированию одного или более других свойств жидкости, таких как давление пара и/или критическое давление жидкости. Параметры потока и/или жидкости могут также включать планируемый допустимый интервал (например, 7,6 см, 10,1 см, 17,8 см (3 дюйма, 4 дюйма, 7 дюймов) и т.п.), и объем жидкости, поступающий в емкость за единицу времени (например, 200 барр./сут., 3785 л/час (1000 гал./час) и т.п.). Полученные параметры потока и/или жидкости могут также включать значения давления выше и ниже по потоку.
[0035] В способе 200 (блок 220) также выполняется получение вариантов клапана и/или исполнительного привода. Пользователю может быть представлено (например, в виде нескольких отдельных списков, флажков и т.д.) множество типов клапанов, размеров клапанов, размеров отверстий клапана, напряжений привода и/или других параметров. Пользователь может выбрать по меньшей мере один параметр из каждого варианта свойств. Выбор может быть сделан пользователем, например, в соответствии с типами устройств, используемых в существующих поставках деталей (например, пользователь уже имеет одну или более конфигураций клапанов и/или исполнительных приводов), на основании наличия определенных напряжений на конкретном участке, на основании пространственных соображений, на основании расходов на приобретение и/или техническое обслуживание конкретных конфигураций клапана и/или исполнительного привода и т.д.
[0036] В любом случае, после получения результата выбора вариантов клапана/исполнительного привода (в блоке 220), способ включает итеративное моделирование всех возможных комбинаций на основании полученного результата выбора вариантов клапана/исполнительного привода (блок 225). В случае, когда пользователь выбрал клапан типа А и клапан типа В, выбранный размер клапана 1 и размер клапана 2, выбранный размер отверстия X, размер отверстия Y и размер отверстия Z, итерационная модель каждой конфигурации может включать 12 моделей, при условии, что каждая комбинация размера отверстия, размера клапана и типа клапана действительна (например, А+1+Х, A+l+Y, A+l+Z, А+2+Х,…, В+1+Х,…, В+2+Х,…, B+2+Z). Если одна или более из выбранных конфигураций недоступна (например, если клапан типа А доступен только с размером клапана 1), то результат итерационного моделирования конфигураций даст меньшее количество моделей. Итерационное моделирование конфигураций на основании полученных параметров может быть выполнено в результате получения ввода пользователем с указанием выполнения оптимизации.
[0037] Подпрограммы моделирования или модули, выполненные для осуществления моделирования, могут использовать различные данные, включая, но, не ограничиваясь ими, подбор данных на основании эксплуатационных характеристик устройства; эмпирические данные, полученные при тестировании различных конфигураций устройств при различных обстоятельствах, как статических, так и динамических; и исходные данные, такие как известные соотношения между параметрами. В некоторых вариантах реализации изобретения различные типы данных могут быть объединены для создания моделей для каждой из доступных конфигураций клапана/исполнительного привода, при этом модели могут быть использованы для моделирования каждой конфигурации в соответствии с емкостью, жидкостью и параметрами потока, полученными от пользователя. Данные и/или модели, используемые подпрограммами или модулями моделирования, могут быть сохранены как данные в приложении 190 (например, среди прикладных программ 170) или как программные данные 174.
[0038] Подпрограммы или модули моделирования включают или имеют доступ (например, от моделей) к данным, относящимся к задержкам в электрических контроллерах уровня, электрических приводах клапанов и других компонентах в контуре контроля уровня жидкости, а также к данным, относящимся к скорости исполнительного привода, настройкам усиления и перегрузкам. Кроме того, подпрограммы или модули могут иметь доступ к данным, связанным с влиянием различных напряжений питания, зависимостями скорости роста и падения уровня, а также параметрами притока, которые не учитываются в пневматических контурах контроля уровня. В результате, для данной конфигурации клапана, исполнительного привода, контроллера, данной емкости, жидкости и набора характеристик потока точный набор параметров контура может быть получен на основании модели.
[0039] В некоторых конфигурациях эмпирические данные, полученные в целях учета задержки, обнаружили неожиданный и ранее неизвестное воздействие степени повышения/падения уровня жидкости на эффективность работы контура контроля уровня. В частности, скорость повышения или падения уровня жидкости может оказывать неблагоприятное воздействие переполнения, связанное с контуром контроля уровня жидкости. То есть большие значения повышения и падения уровня приведут к большему переполнению уровня жидкости за пределы установленного допустимого интервала. Например, очень быстрая скорость повышения уровня жидкости может привести к превышению верхнего уровня планируемого ДИ, а очень высокая скорость сброса может привести к превышению нижнего уровня планируемого ДИ. Объем превышения связан со скоростью повышения/падения уровня. Данные показали, что меньшие повышения и падения уровня не оказывают такого воздействия. Это воздействие не прогнозируется на основании известных технических характеристик (характеристик клапана, исполнительного привода или контроллера) контуров контроля уровня. Обнаружив это воздействие, раскрытый способ 200 может учитывать воздействие, тем самым дополнительно увеличивая точность, с которой контур контроля уровня жидкости может быть реализован.
[0040] В вариантах реализации изобретения способ 200 может включать устранение непригодных конфигураций на основании результатов моделирования (блок 230). Например, возможно, что для данного набора полученных параметров конкретная конфигурация клапана будет непригодна. В качестве одного примера, конфигурация клапана/исполнительного механизма, может не обеспечивать сброс достаточного объема жидкости для поддержания значения допустимого интервала, полученного в блоке 215. В качестве другого примера, конфигурация клапана/исполнительного привода может быть неподходящей, поскольку установка планируемого зазора слишком низкая или слишком высокая, чтобы обеспечить достаточную регулируемость/настройку на объекте. В других вариантах реализации изобретения непригодные конфигурации могут быть идентифицированы, но не устранены.
[0041] Пригодные конфигурации (или все конфигурации) также могут быть приоритизированы в некоторых вариантах реализации изобретения (блок 235). Конфигурации могут быть приоритизированы в соответствии с любым из множества выходных свойств на основании моделирования, и, в частности, в одном из вариантов реализации изобретения возможна приоритизация в соответствии с планируемой настройкой диапазона для контроллера уровня контура. Контроллер уровня контура имеет диапазон настройки от 1 до 6, в одном варианте реализации изобретения. Каждая конфигурация может быть приоритизирована в соответствии с планируемым диапазоном настройки для конфигурации таким образом, чтобы была доступна максимальная регулируемость/настройка. То есть для контроллера уровня контура с диапазоном настройки от 1 до 6 установка планируемого диапазона на 3 может обеспечить максимальную оценку, в то время как установка планируемого диапазона на 1 или 6 может обеспечить минимальные оценки. В вариантах реализации изобретения оценка как функция установки планируемого диапазона может быть параболической с максимальным значением при 3.
[0042] Полученные свойства контура для каждой конфигурации клапана/исполнительного привода могут быть отображены (блок 240). Свойства могут отображаться любым подходящим способом, но в одной конфигурации отображаются в виде списка с одной строкой для каждой конфигурации и с сортировкой на основании любого из свойств контура. Некоторые из свойств контура, такие как характеристики цикла сброса, могут отображаться в виде графика. В одном варианте реализации изобретения график может изображать уровень жидкости и ход клапана как функцию времени. Деления времени ("галочки") могут соответствовать дискретным точкам моделирования, которые, в некоторых вариантах реализации изобретения, являются переменными, зависимыми от продолжительности цикла сброса, продолжительности заполнения, времени сброса и/или хода клапана, таким образом, чтобы время деления было выбрано для моделирования цикла сброса с достаточной точностью, для включения соответствующей информации. Может отображаться график для выделенной или выбранной конфигурации.
[0043] Способ 200 может также включать, в некоторых вариантах реализации изобретения, дополнительную функцию вычисления закупорки. Как известно, в многофазных трубопроводах в структуре потока может происходить закупорка. Закупорка характеризуется неравномерностью формы потока, а также скачками (закупоркой), которые могут возникать при сборе жидкости в нижней части трубопровода с аккумулированием в достаточном объеме для блокирования потока газа по трубопроводу. В итоге накопленная жидкость вытесняется, когда давление заблокированного газа выталкивает жидкость из трубопровода (например, в емкость 102), что вызывает скачок. В вариантах реализации изобретения, которые включают вычисление закупорки, способ 200 может включать получение для выбранной конфигурации коэффициента закупорки, моделируя работу конфигурации с учетом коэффициента закупорки, и определяя для коэффициента закупорки, будет ли полученная конфигурация надлежащим образом передавать выброс жидкости в емкость 102. Способ 200 может также включать отображение графического анализа производительности конфигурации по коэффициенту закупорки.
[0044] В некоторых вариантах реализации изобретения способ 200 может включать конфигурирование контура контроля уровня жидкости в соответствии с выводом оптимизатора. Также в дополнительных вариантах реализации изобретения способ может включать некоторые или все этапы: получения результата выбора рабочей конфигурации, получения запроса на заказ компонентов выбранной конфигурации, создания спецификации материалов или перечня компонентов на заказ, отправки на сервер запроса компонентов и/или подтверждения заказа компонентов, связанных с выбранной конфигурацией.
[0045] Конечно, следует понимать, что способ 200 не обязательно должен включать все описанные этапы и не обязательно должен включать этапы, описанные в том же порядке. Например, единственный порядок (порядки), который должен быть реализован для способа 200, соответствует порядкам, необходимым в логическом порядке. Получение результата выбора емкости и различных параметров и вариантов конфигурации должен быть завершен, например, до итерационного моделирования.
[0046] Примерный вариант реализации интерфейса пользователя 250, связанный с приложением 190, проиллюстрирован на Фиг. 4. Пример пользовательского интерфейса 250 включает четыре основных области информации: область информации о емкости и жидкости 252; область потока и конфигурации 254, область результата моделирования 256 и область графика 258. Область информации о емкости и жидкости 252 включает изображение 260 выбранной емкости и ее соответствующих размеров, а также информационный блок 262, указывающий габаритные размеры емкости, тип поплавкового уровнемера и типы жидкости с указанием удельной плотности. Область потока и конфигурации 254 включает кнопку 264 для активации диалогового окна выбора типа емкости (см., например, Фиг. 3) и кнопку 266 для активации диалогового окна с информацией о жидкости (см., например, Фиг. 7). Область 254 также включает текстовое поле 268 для получения указанного планируемого допустимого интервала, текстовое поле 270 для получения установленного объема притока жидкости, ниспадающее меню 272 для выбора единиц объема/времени и текстовые поля 274 и 276 для получения, соответственно, установленных давлений.
[0047] Область 254 также включает управление выбором конфигурации клапана и привода. Группа флажков 278 позволяет пользователю выбирать типы клапанов; группа флажков 280 позволяет пользователю выбирать размеры клапанов; группа флажков 282 позволяет пользователю выбрать размеры отверстия; группа флажков 284 позволяет пользователю выбрать рабочие напряжения исполнительного привода; и группа флажков 286 позволяет пользователю выбрать дополнительные опции. Кнопка 288 активирует процедуры оптимизации/моделирования, а кнопка 290 активирует дополнительное вычисление закупорки.
[0048] Фиг. 5 иллюстрирует пример диалогового окна 300, которое может отображаться при нажатии пользователем кнопки 264. Диалоговое окно 300 включает изображение 302 выбранной конфигурации емкости. В случаях, когда выбранная конфигурация емкости включает более одного сливного клапана, указатель 304 на изображении 302 показывает, какой именно клапан подвергается оптимизации текущего контура управления. Изображение 302 может показывать (см. 306А, 306В, 306С) измерения, соответствующие набору 308 необходимых габаритных размеров, а текстовое поле 309 может описывать каждый из необходимых размеров. Кнопки 310А и 310В позволяют пользователю перейти к предыдущей и следующей конфигурации емкости, соответственно. В примере диалогового окна 300 переключатели 312 упрощают выбор положения поплавка, а набор флажков 314 позволяет пользователю выбирать конфигурации поплавкового уровнемера для включения в модель.
[0049] Фиг. 6 иллюстрирует пример диалогового окна 300 с изображением альтернативной конфигурации емкости, например, если бы пользователь активировал одну из кнопок 310А или 310В. Следует обратить внимание, что изображение 302 иллюстрирует вертикально ориентированную емкость и что набор необходимых размеров 308 включает только диаметр емкости. Если пользователь активирует кнопку "ОК" в диалоговом окне 300, проиллюстрированном на Фиг. 6, активация кнопки 266 побудит программу 190 отобразить диалоговое окно 330, проиллютрированное на Фиг. 7, чтобы позволить пользователю выбрать свойства жидкости для контроля в контуре контроля уровня жидкости. Элемент контроля 332 позволяет пользователю выбрать используемый тип контроля жидкости (например, контроль уровня или контроль границы раздела фаз). В некоторых вариантах реализации изобретения элемент контроля 332 будет по умолчанию соответствовать контроллеру, обозначенному указателем 304 в диалоговом окне выбора емкости 300. Поскольку в емкости на Фиг. 6 находится только одна жидкость, предусмотрен только элемент контроля 334 для определения пользователем удельной плотности жидкости. Пользователь может указать название жидкости в текстовом поле 336, а также может указать давление пара и критическое давление жидкости в соответствующих текстовых полях 338 и 340. В вариантах реализации изобретения выпадающее меню 342 может позволить пользователю выбирать из стандартных жидкостей и может автоматически заполнить поля 334-340 на основании выбора пользователя.
[0050] Возвращаясь к Фиг. 4, изображение 260 иллюстрирует еще одну конфигурацию емкости. В конфигурации емкости, проиллюстрированной на Фиг. 4, емкость 102, проиллюстрированная на Фиг. 4, является вертикальным 3-фазовым сепаратором с двумя фазами жидкости и контуром контроля, используемым на границе раздела фаз двух жидкостей. Если пользователь активирует кнопку 266, отобразится диалоговое окно 330, как проиллюстрировано на Фиг. 8. Элемент контроля 332, проиллюстрированный на Фиг. 8, показывает, что контроллер, обозначенный указателем 304 в диалоговом окне выбора емкости 300, обозначает интерфейс. Каждый из элементов контроля 334, 336 и 342 дублируется для каждой из жидкостей в емкости. Элементы контроля 334А, 336А и 342А относятся к верхней жидкости в емкости 102, в то время как элементы контроля 334В, 336В и 342В относятся к нижней жидкости в емкости 102.
[0051] Когда пользователь активирует элемент контроля 288, что приводит к выполнению процедур оптимизации/моделирования, интерфейс пользователя 250 может отображать перечень результатов моделирования 350 в области результата моделирования 256, как иллюстрирует Фиг. 9. Каждая строка в перечне может представлять собой аппаратную конфигурацию (которая также может отображаться в перечне, например, в части 352 области результата 256) и может отображать свойства контура контроля уровня жидкости, определяемые путем моделирования соответствующей аппаратной конфигурации. Перечень результатов моделирования 350 может включать, для каждого результата, показатель 354 соответствия конфигурации параметрам, заданным пользователем. Индикатор 354 может быть зеленым, желтым и красным индикатором, например, или иметь другие формы (например, круглую, треугольную и восьмиугольную) или различные другие символы, обозначающие положительный, отрицательный и/или предельный результаты.
[0052] В то же время, область графика 258 изображает цикл сброса выбранной конфигурации, соответствующий строке 356 перечня результатов моделирования 350. В области графика 258 строка 358 соответствует уровню жидкости в емкости 102 (соответствует оси 360) как функции времени (указано вдоль оси 366). Строка 362 показывает ход клапана для клапана 108 (соответствует оси 364) как функцию времени (соответствует оси 366). Следует принять во внимание, что строка 362 показывает, что ход клапана постоянно увеличивается, но не так быстро, как можно было бы ожидать в случае с пневматическим клапаном. Наоборот, клапан 108 открывается на около 65% хода в течение около 3 секунд, сохраняя такое положение в течение около 8 секунд, а затем закрывается в течение около 3 секунд. График 258 отражает учитывание задержки. Следует отметить, что клапан начинает открываться в момент времени 1 секунды - незадолго до того, как уровень жидкости достигает своего максимума в 7,6 см (3 дюйма) (ДИ в данном примере установлен на 7,6 см (3 дюйма)). То есть модель подразумевает, что клапан должен открываться незадолго до достижения максимального уровня для того, чтобы поддерживать необходимый ДИ. Аналогичным образом, клапан начинает закрываться через 11 секунд - за около 2 секунды до достижения минимального уровня жидкости в 0 см (0 дюймов) - для того, чтобы учесть относительно медленное действие электрического привода.
[0053] Фиг. 10 иллюстрирует тот же экран интерфейса пользователя 250, за исключением того, что перечень результатов моделирования 350 отсортирован по столбцу рабочего цикла 368, в результате чего отображаются несколько непригодных конфигураций, как указано шестиугольными значками «х» 354.
[0054] Фиг. 11 и 12 иллюстрируют экран интерфейса пользователя 250, за исключением того, что выбраны другие результаты из перечня моделирования 350 и, соответственно, область графика 258 иллюстрирует другие циклы сброса.
[0055] Если пользователь активирует систему вычисления закупорки 290, интерфейс пользователя 250 может отображать диалоговое окно 370 (см. Фиг. 13), в том числе элемент контроля 372, который позволяет пользователю вводить максимальный коэффициент закупорки. При вводе значения в элемент контроля 372 и при принятии значения (например, путем активации элемента управления "ОК"), программа 190 может выполнять вычисление закупорки для выбранного результата из перечня результатов моделирования 350 и может отобразить окно 380 с результатами вычисления закупорки (см. Фиг. 14). Окно 380 может включать график 382, показывающий уровень жидкости и хода клапана как функцию времени по отношению к продолжительности закупорки.
[0056] В данном описании множество примеров может реализовывать компоненты, операции, или конструкции, описанные для одного случая. Хотя отдельные операции одного или более способов проиллюстрированы и описаны как отдельные операции, одна или более отдельных операций могут выполняться одновременно, без необходимости выполнения операций в проиллюстрированном порядке. Конструкции и функциональные возможности, представленные в виде отдельных компонентов в приведенных в качестве примеров конфигурациях, могут быть реализованы в виде комбинированной конструкции или компонента. Аналогично, конструкции и функциональные возможности, представленные в качестве одного компонента, могут быть реализованы в виде отдельных компонентов. Эти и другие варианты, модификации, дополнения и усовершенствования подпадают под заявленный объем изобретения.
[0057] Если не оговорено иное, обсуждение в контексте данного документа с использованием таких слов, как "обработка", "вычисление", "расчет", "определение", "идентификация", "представление", "отображение" или тому подобное, может относиться к действиям или процессам машины (например, процессор компьютера), которая манипулирует данными или преобразует данные, представленные в виде физических (например, электронных, магнитных или оптических) величин в пределах одной памяти или нескольких памятей (например, энергозависимой памяти, энергонезависимой памяти или их комбинации), регистрам или другим компонентам машины, которые могут получать, хранить, передавать или отображать информацию.
[0058] При реализации в программном обеспечении любого из приложений, служб и двигателей, описанных в данном документе, возможно хранение на любом материальном, энернонезависимом машиночитаемом устройстве памяти, например, на магнитном диске, лазерном диске, полупроводниковом запоминающем устройстве, молекулярном запоминающем устройстве, или другом носителе данных, в RAM или ROM компьютера или процессора и т.д. Хотя примерные системы, описанные в данном документе, раскрыты как включающие, в числе других компонентов, программное обеспечение и/или микропрограммное обеспечение, реализованное на аппаратном средстве, следует отметить, что такие системы носят лишь иллюстративный характер и не должны рассматриваться как ограничивающие. Например, предполагается, что любой или все из указанных компонентов аппаратных средств, программного обеспечения и микропрограммного обеспечения могут быть реализованы исключительно в аппаратных средствах, исключительно в программном обеспечении или в любой комбинации аппаратных средств и программного обеспечения. Соответственно, специалистам в данной области техники будет понятно, что приведенные примеры не являются единственным способом реализации таких систем.
[0059] Таким образом, в то время как настоящее изобретение было описано со ссылкой на конкретные примеры, приведенные исключительно в илюстративных целях, без ограничения объема изобретения, специалистам в данной области техники будет понятно, что для раскрытых вариантов реализации могут быть выполнены изменения, дополнения или удаления без отхода от сущности и объема настоящего изобретения.
[0060] Следующие аспекты изобретения являются только иллюстративными и не предназначены для ограничения объема изобретения.
[0061] 1. Способ оптимизации контура контроля уровня жидкости, включающий: получение результата выбора типа емкости; получение одного и более параметров емкости в соответствии с выбранным типом емкости; получение одного и более параметров потока; получение параметра планируемого допустимого интервала; получение признака одной и более потенциальных конфигураций клапана и исполнительного приводы; моделирование каждой возможной конфигурации клапана и исполнительного привода с использованием полученного результата выбора типа емкости, параметров емкости и параметров потока; и отображение результатов моделирования.
[0062] 2. Способ по аспекту 1, дополнительно включающий устранение из возможных конфигураций клапана и исполнительного привода любых конфигураций, определенных посредством модели как непригодных для использования, с учетом полученного результата выбора типа емкости, параметров емкости и параметров потока.
[0063] 3. Способ по любому из аспектов 1 или 2, дополнительно включающий приоритизацию каждой из конфигураций в соответствии с результатами соответствующих моделирований.
[0064] 4. Способ по любому из предшествующих аспектов, отличающийся тем, что моделирование каждой из возможных конфигураций клапана и исполнительного привода включает определение приращения времени моделирования для каждой модели.
[0065] 5. Способ по любому из предшествующих аспектов изобретения, отличающийся тем, что определение приращения времени моделирования для каждой модели включает определение приращения времени моделирования в соответствии со скоростью изменения уровня в емкости.
[0066] 6. Способ по любому из предшествующих аспектов, отличающийся тем, что определение приращения времени моделирования в соответствии со скоростью изменения уровня в емкости включает определение приращения времени моделирования в соответствии со скоростью изменения уровня в емкости, если клапан моделируется как открытый.
[0067] 7. Способ по любому из предшествующих аспектов, отличающийся тем, что получение признака одной или более возможных конфигураций клапана и исполнительного привода включает получение результата выбора из: по меньшей мере одного параметра клапана и по меньшей мере одного параметра исполнительного привода.
[0068] 8. Способ по любому из предшествующих аспектов, отличающийся тем, что: получение результата выбора по меньшей мере одного параметра клапана включает получение результата выбора модели клапана, получение результата выбора размера отверстия клапана, и получение результата выбора размера клапана; и получение результата выбора по меньшей мере одного параметра исполнительного привода включает получение результата выбора рабочего напряжения исполнительного привода.
[0069] 9. Способ по любому из предшествующих аспектов, отличающийся тем, что способ пригоден для оптимизации контура контроля уровня жидкости, содержащего электрический исполнительный привод, электрический контроллер уровня или их оба.
[0070] 10. Способ по любому из предшествующих аспектов, отличающийся тем, что получение одного или более параметров потока включает получение типа жидкости или удельной плотности жидкости.
[0071] 11. Способ по любому из предшествующих аспектов, отличающийся тем, что получение одного или более параметров потока включает получение объема входящего потока на единицу времени.
[0072] 12. Способ по любому из предшествующих аспектов, отличающийся тем, что получение одного или более параметров потока включает получение давления на входе, давления на выходе или их обоих.
[0073] 13. Способ по любому из предшествующих аспектов, отличающийся тем, что моделирование каждой из возможных конфигураций клапана и исполнительного привода включает определение настройки планируемого интервала для электрического контроллера уровня для каждой из возможных конфигураций.
[0074] 14. Способ по любому из предшествующих аспектов, отличающийся тем, что моделирование каждой из возможных конфигураций клапана и исполнительного привода дополнительно включает определение, для каждой из возможных конфигураций, одного и более из: времени цикла заполнения; времени цикла сброса; объема каждого сброса; потребляемой мощности исполнительного привода; числа циклов на единицу времени; или объема сброса в день.
[0075] 15. Способ по любому из предшествующих аспектов, отличающийся тем, что моделирование каждой из возможных конфигураций включает определение настройки планируемого интервала электрического контроллера уровня для каждой из возможных конфигураций и дополнительно включает приоритизацию каждой из конфигураций согласно соответствующим установленным планируемым интервалам для указанной конфигурации.
[0076] 16. Способ по любому из предшествующих аспектов, который дополнительно включает: получение одного и более параметров, связанных с событиями закупорки; и учет в моделировании каждой из конфигураций события закупорки потока, обусловленных этими одним и более параметрами.
[0077] 17. Способ по любому из предшествующих пунктов, дополнительно включающий: получение результата выбора конфигурации, соответствующей одному из отображенных результатов; и отображение для конфигурации графика уровня в емкости как функции времени цикла сброса.
[0078] 18. Способ по любому из предшествующих аспектов, дополнительно включающий: получение результата выбора конфигурации, соответствующей одному из отображенных результатов; и отображение для конфигурации графика уровня в емкости как функции времени цикла сброса, и положения клапана как функции времени цикла сброса.
[0079] 19. Способ по любому из предшествующих аспектов, дополнительно включающий: получение результата выбора конфигурации, соответствующей одному из отображенных результатов; и настройку контура контроля уровня жидкости в соответствии с выбранной конфигурацией.
[0080] 20. Способ по любому из предшествующих аспектов, дополнительно включающий: получение результата выбора конфигурации, соответствующей одному из отображенных результатов; и автоматическое размещение заказа на комплект деталей, необходимых для реализации выбранной конфигурации.
[0081] 21. Способ по любому из предшествующих аспектов, отличающийся тем, что моделирование каждой из возможных конфигураций клапана и исполнительного привода включает учет в модели зависимости между переполнением уровня жидкости и скоростью повышения уровня жидкости, зависимости между недостаточным уровнем жидкости и скоростью падения уровня жидкости либо обеих.