СПОСОБ, УПРАВЛЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО И СИСТЕМА ХРАНЕНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ НЕСКОЛЬКИМИ ПРОТОЧНЫМИ УСТРОЙСТВАМИ
METHOD, CONTROL DEVICE AND NATURAL GAS STORAGE SYSTEM FOR AUTOMATED CONTROL OF MULTIPLE FLOW DEVICES

Данное изобретение относится к способу автоматизированного управления несколькими проточными устройствами для создания общего расхода текучей среды в или из хранилища. Кроме того, изобретение относится к управляющему устройству для автоматизированного управления распределенным использованием нескольких проточных устройств для создания общего расхода текучей среды в или из хранилища.
Уже известно применение хранилищ для хранения содержащих энергию текучих сред, в частности, например, природного газа. Известны также другие методы хранения, например хранение нагретой текучей среды или находящейся под давлением текучей среды, применительно к хранилищам. Эти хранилища снабжаются через проточные устройства текучей средой, т.е. текучая среда подается в хранилище или выдается из хранилища. Такое хранилище можно называть также буферным хранилищем.
В известных хранилищах для регулирования подачи и/или извлечения применяется регулировочное устройство, которое способно обеспечивать желаемый расход для процесса подачи или процесса извлечения. При этом желаемый расход задается непосредственно в регулировочный блок. Кроме того, в известных хранилищах часто предусмотрено множество проточных устройств. В соответствии с этим, другой задачей регулировочного устройства известных хранилищ является обеспечение возможности регулирования соответствующих проточных устройств относительно частичного объемного расхода через соответствующее проточное устройство. Это означает, что регулировочное устройство должно быть выполнено для соответствующих алгоритмов вычисления, с целью выбора в зависимости от желаемой величины общего расхода соответствующего проточного устройства для процесса подачи или процесса извлечения, а также регулирования соответствующего объемного расхода. Ввод новых значений для регулирования в ходе процесса возможен лишь с трудом, поскольку необходимо выполнять вмешательство в проходящий процесс, в частности в выполняемые алгоритмы вычисления.
Недостатком известных хранилищ является их небольшая гибкость регулирования во время выполнения процессов подачи и извлечения. Кроме того, недостатком является необходимость больших затрат на вычисление для регулирования процессов подачи и извлечения. В соответствии с этим, необходимо выполнять регулировочное устройство известных хранилищ сложным и тем самым дорогостоящим.
Задачей данного изобретения является создание способа автоматизированного управления несколькими проточными устройствами для создания общего расхода текучей среды в или из хранилища, который решает указанные выше проблемы. Задачей изобретения является также создание управляющего устройства для соответствующего этому способу автоматизированного управления. В частности, задачей данного изобретения является обеспечение возможности с помощью такого способа, согласно изобретению, и такого управляющего устройства, согласно изобретению, автоматизированного управления несколькими проточными устройствами для создания общего расхода текучей среды в или из хранилища, выполнения ввода новых заданных значений также в ходе выполнения регулирования, при одновременном уменьшении сложности подчиненного регулировочного блока.
Указанная выше задача решена с помощью способа с признаками независимого п. 1 формулы изобретения, с помощью управляющего устройства с признаками независимого п. 9 формулы изобретения, а также с помощью системы хранения природного газа с признаками независимого п. 11 формулы изобретения. Другие признаки и подробности изобретения следуют из зависимых пунктов формулы изобретения, описания и чертежей. При этом признаки, описание которых приводится в связи с управляющим устройством, согласно изобретению, естественно, справедливы также в связи со способом, согласно изобретению, и наоборот, так что относительно раскрытия отдельных аспектов изобретения всегда справедливо взаимное соответствие.
Способ, согласно изобретению, служит для автоматизированного управления несколькими проточными устройствами для создания общего расхода текучей среды в и/или из хранилища, т.е. хранилища текучей среды. Это хранилище может быть выполнено, в частности, в виде хранилища для природного газа. Способ, согласно изобретению, имеет следующие стадии:
- ввода заданных значений для проточных устройств в блок ввода;
- передачи введенных заданных значений в управляющий блок, и
- применения переданных заданных значений в управляющем блоке для управления проточным устройством при его управлении и/или регулировании.
Таким образом, способ, согласно изобретению, разделяет ввод и управление заданными значениями, так же как еще раз разделены ввод и управление от управления и/или регулирования проточными устройствами.
В соответствии с этим, возникают два, соответственно, три отдельные друг от друга составляющие части способа, а именно ввод в блок ввода, передача в управляющий блок и применение при управлении и/или регулировании.
С помощью способа, согласно изобретению, можно вводить заданные значения в блок ввода полностью независимо от управляющего блока и, в частности, независимо от управления и/или регулирования проточного устройства. Это означает, что ввод можно выполнять в любой момент времени, т.е., в частности, также во время выполняемого процесса управления и/или регулирования. Таким образом, пользователь, выполняющий способ, согласно изобретению, имеет полную свободу в выборе времени ввода заданных значений для проточных устройств.
Передача заданных значений в управляющий блок расширяет эту независимость от управления и/или регулирования. Таким образом, заданные значения для проточных устройств могут храниться в памяти управляющего блока и использоваться для управления и/или регулирования. Таким образом, управление и/или регулирование с помощью регулировочного устройства не должно осуществлять управление отдельными проточными устройствами, а может использовать для этого управляющий блок. Таким образом, могут быть исключены сложные алгоритмы вычисления в регулировочном устройстве. Управляющий блок служит для снабжения простым и дешевым образом заданными значениями для управления и/или регулирования, в частности, регулировочного устройства.
Под заданными значениями для проточных устройств в рамках данного изобретения следует понимать, в частности, заданное значение расхода для соответствующего проточного устройства, а также приоритет каждого проточного устройства. При этом приоритет проточного устройства является важностью проточного устройства относительно выбора при его управлении. Это означает, что проточное устройство с низким числом приоритета, т.е., например, 1, 2 или 3, выбирается в качестве первого, второго или третьего. В соответствии с этим, проточные устройства с более высокими числами приоритета имеют подчиненный приоритет выбора при управлении.
Проточное устройство при выполнении способа, согласно изобретению, является, в частности, компрессором и/или вентилем, т.е. в целом исполнительным органом, с помощью которого можно устанавливать расход через проточное устройство. При этом установка может осуществляться как в виде управления, так и в виде регулирования.
Блок ввода и управляющий блок при выполнении способа, согласно изобретению, предпочтительно являются отдельными друг от друга блоками. Они могут быть предусмотрены как структурно в различных конструктивных элементах, так и в применяемом программном обеспечении в качестве различных модулей программного обеспечения. Таким образом, способ, согласно изобретению, может быть также предусмотрен отдельно, например, в виде модуля программного обеспечения в программе управления.
Хранилища в способе, согласно изобретению, являются, в частности, хранилищами природного газа. Таким образом, текучая среда является предпочтительно природным газом. Однако способ, согласно изобретению, можно применять также для других хранилищ, например, для хранения жидкостей, в частности воды. В частности, хранилища могут быть предназначены для хранения текучей среды с определенной температурой и/или с определенным давлением.
Блок ввода и управляющий блок предпочтительно выполнены для способа, согласно изобретению, так что ввод заданных значений и передача заданных значений осуществляется в виде таблиц. При этом таблица является, в частности, матрицей, в которой с каждым проточным устройством согласовано или предусмотрена возможность согласования одного или нескольких заданных значений.
Отдельные проточные устройства для применения способа, согласно изобретению, предпочтительно являются по существу однородными. При этом с каждым проточным устройством может быть согласовано единственное в своем роде заданное значение, которое за счет однородности проточных устройств еще больше упрощает способ, согласно изобретению.
Общий расход может быть задан как в блок ввода, так и в управляющий блок. Однако возможно также, что задание общего расхода осуществляется в отдельном центральном блоке, так что как в блоке ввода, так и в управляющем блоке можно использовать этот центральный блок относительно значения общего расхода. Кроме того, он служит предпочтительно для выполнения управления и регулирования, так что с помощью управляющего блока и регулировочного блока возможно обращение в центральный блок и получение значения общего расхода.
Управление и/или регулирование можно осуществлять с выбором или исключением отдельных проточных устройств независимо от иначе необходимого, согласно уровню техники, алгоритма вычисления. Достаточно, когда для управления или регулирования можно обращаться в управляющий блок и использовать имеющиеся в нем заданные значения для отдельных проточных устройств и применять эти данные без дополнительной адаптации для управления и/или регулирования. Таким образом, достигается цель обеспечения общего расхода при подаче и/или извлечении из хранилища по возможности по существу постоянным и, в частности, возможно более близким заданному общему расходу.
Способ, согласно изобретению, может быть модифицирован так, что вводимые в блок ввода заданные значения относятся каждое по меньшей мере к одному из следующих параметров:
- величина расхода через проточное устройство,
- приоритет проточного устройства.
3
Относительно приоритета и величины расхода выше уже были приведены подробные пояснения. Речь идет, в частности, о четком задании управляемого с учетом приоритета использования отдельных проточных устройств. При этом следует обращать внимание на то, что обеспечивается однозначное присвоение приоритета по возможности без перерывов для всех проточных устройств. Величина расхода задается для каждого проточного устройства, в частности, за единицу времени, т.е., например, с размерностью м/ч.
Другое преимущество состоит в том, что в способе, согласно изобретению, перед передачей введенных заданных значений для проточных устройств в блоке ввода осуществляется проверка этих введенных заданных значений, в частности, на предмет их достоверности, и передача заданных значений в управляющий блок осуществляется в зависимости от результата этой проверки. Проверка заданных значений и передача в зависимости от результата этой проверки обеспечивают то преимущество, что уменьшается вероятность передачи неправильных, в частности не достоверных, значений в управляющий блок. Таким образом, может по существу предотвращаться передача в управляющий блок заданных значений, которые могут приводить к бессмысленным результатам управления и/или регулирования проточных устройств. При проверке достоверности проверяется и предотвращается, например, двойное присвоение одного приоритета. Тем самым можно также исключать пробелы в списке приоритетов. Возможно также, что исключаются невозможные относительно величины расхода отдельных проточных устройств значения, т.е. величины расхода в единицу времени, которые не могут обеспечиваться соответствующим проточным устройством.
Предпочтительно также, когда в рамках данного изобретения в управляющем блоке проточные устройства контролируются относительно переданных заданных значений. Таким образом, речь идет об обратной связи управляющего блока относительно величин расхода отдельных проточных устройств. Так, например, в управляющем блоке может быть предусмотрена в таблице дополнительная колонка, в которой для каждого проточного устройства указана обратная связь для действительных величин расхода. На основе управляющего блока и дополнительных значений обратной связи можно при управлении и/или регулировании использовать с помощью управляющего блока также эти реальные значения и в комбинации с заданными значениями управляющего блока выполнять выбор или исключение проточного устройства с ближайшим более высоким, соответственно, ближайшим более низким приоритетом. В частности, при этом возможно непрерывное контролирование действительных параметров проточных устройств.
Предпочтительно также, когда в способе, согласно изобретению, предусмотрена возможность задания общего расхода отдельно от блока ввода и/или управляющего блока, и применяется в блоке ввода при вводе заданных значений и/или в управляющем блоке при управлении проточным устройством. Это применение является, в частности, сравнением действительных ранее заданных значений с новыми заданными значениями относительно общего расхода. Так, при управлении общий расход может быть согласован непосредственно с отдельными проточными устройствами при выборе, так что в сумме обеспечивается возможность достижения общего расхода с помощью предлагаемых управляющим блоком за счет приоритетов выбранных проточных устройств.
В блоке ввода можно оценивать новые вводы, которые должны заменять действительные ранее вводы, на основании имеющего в распоряжении общего расхода, и, в частности, визуализировать для выполняющих ввод сотрудников. Эта визуализация осуществляется, например, в указании достигаемых с помощью новых вводов изменений и предпосылок для обеспечения заданного общего расхода. Так, например, указываются выбираемые дополнительно новые проточные устройства, соответственно, исключаемые за счет новых вводов проточные устройства.
Предпочтительно также, когда в способе, согласно изобретению, после ввода заданных значений выполняется стадия сортировки в блоке ввода относительно введенных заданных значений. Стадия сортировки обеспечивает возможность выполнения сортировки, в частности, относительно выбора приоритетов отдельных проточных устройств. Другими словами, отдельные проточные устройства больше не сортируются относительно их сквозной нумерации, а с повышением или понижением относительно изменяемых, а именно вновь задаваемых приоритетов. Определение приоритетов и сортировка совпадают после выполнения стадии сортировки. Это приводит к тому, что в управляющий блок передается сортированный, в частности сопряженный список, который используется для управления и/или регулирования проточных устройств. Таким образом, обеспечивается возможность дальнейшей разгрузки управляющего и/или регулировочного блока относительно вычислительных алгоритмов. Так, относительно необходимого исключения или необходимого выбора другого проточного устройства достаточно применять ближайшее более высокое, соответственно, ближайшее более низкое устройство в следующей строке выполненного в виде таблицы списка. Таким образом, исключается необходимость поиска ближайшего приоритета в не упорядоченном списке. Тем самым уменьшаются расходы на вычисления, ускоряется управление и/или регулирование и одновременно уменьшается необходимая сложность выполнения регулировочного блока.
Также предпочтительно, когда в способе, согласно изобретению, при повторном выполнении стадий способа переданные перед повторением в управляющий блок заданные значения переписываются или частично переписываются. При этом частичное переписывание происходит, в частности, при частичных изменениях, т.е. когда изменяются лишь отдельные заданные значения. В частности, при передаче в управляющий блок переписываются лишь измененные заданные значения. Для исключения такой проверки может быть также предпочтительным, когда независимо от числа изменений при новом вводе новых заданных значений все заданные значения управляющего блока переписываются. Таким образом, обеспечивается, что ошибки при передаче в предыдущих стадиях способа, согласно изобретению, больше не действуют, а выполняется полное переписывание в каждый момент времени, так сказать общий сброс на фактически действующие заданные значения блока ввода. В частности, тем самым возможно изменение заданных значений во время работы установки, так что достигается более высокая гибкость при подаче в хранилище и/или извлечении из хранилища.
Может быть также предпочтительным, когда в способе, согласно изобретению, заданные значения блока ввода и/или управляющего блока указываются с помощью индикаторного устройства, или предусмотрена возможность такого указания. Дополнительно к индикаторному устройству или идентичное с ним по функциям может быть предусмотрено также задающее устройство. Например, индикаторное устройство является монитором, в частности дисплеем, например, в диспетчерской управления процессом. При этом индикаторное устройство выполнено, в частности, с возможностью непосредственного ввода в него желаемых заданных значений. При этом визуализация может осуществляться в виде таблиц. В частности, осуществляется визуализация имеющихся заданных значений как в блоке ввода, так и в управляющем блоке.
Другим предметом данного изобретения является управляющее устройство для автоматизированного управления распределенным использованием нескольких проточных устройств для создания общего расхода текучей среды в и/или из хранилища. Это управляющее устройство имеет по меньшей мере один блок ввода для ввода заданных значений для проточных устройств. Кроме того, предусмотрен по меньшей мере один управляющий блок, в который могут передаваться введенные заданные значения, с целью обеспечения возможности выполнения управления и/или регулирования проточных устройств в зависимости от введенных заданных значений.
В управляющем устройстве, согласно изобретению, может иметься несколько блоков ввода. Они предназначены, в частности, для различных процессов, например подачи в хранилище, извлечения из хранилища или хранения, вдоль различных путей хранилища. Таким образом, возможно предусмотрение различных блоков ввода для различных процессов хранения, переключения между которыми может выполнять обслуживающий персонал.
Ввод можно осуществлять, например, с помощью клавиатуры. Для связи друг с другом отдельные блоки соединены друг с другом средствами передачи сигналов. Это является, в частности, соединением для передачи данных, которое может быть реализовано либо с помощью прямых сигнальных линий, либо с помощью радиосвязи. Предпочтительно, управляющее устройство предусмотрено по меньшей мере частично в блоке памяти компьютера, так что с помощью отдельных модулей программного обеспечения может быть реализовано управляющее устройство. Управляющее устройство, согласно изобретению, выполнено, в частности, так, что оно служит для выполнения способа, согласно изобретению. При этом с помощью управляющего устройства могут достигаться те же преимущества, которые были подробно пояснены относительно способа, согласно изобретению.
Ниже приводится более подробное пояснение изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи. Применяемые при этом понятия слева, справа, вверху и внизу относятся к ориентации чертежей с нормально читаемыми позициями. На чертежах изображено:
фиг. 1 - вариант выполнения в виде таблицы визуализации для способа, согласно изобретению; и
фиг. 2 - вариант выполнения управляющего устройства, согласно изобретению.
На фиг. 2 схематично показано хранилище 200. Оно может быть выполнено, например, в виде полого пространства в скальной породе или же в виде резервуара, предназначенного для хранения текучей среды, в частности газа. С внутренним объемом хранилища 200 соединены трубопроводами с возможностью прохождения текучей среды с установленными в скважинах отдельными проточными устройствами 10. Проточные устройства 10 в этом варианте выполнения реализованы в виде вентилей. Для подачи текучей среды, в частности природного газа, в хранилище 200, имеется дополнительно компрессор 50. Он может быть соединен с возможностью прохождения текучей среды с не изображенным источником природного газа и подавать сжатый природный газ через открытые вентили проточных устройств 10 в хранилище 200. В противоположном режиме компрессор 50 может служить для извлечения природного газа из хранилища 200 через проточные устройства 10 в виде открытых вентилей. Однако также без компрессора 50 можно применять давление текучей среды в соответствующем проточном устройстве для подачи и/или извлечения из хранилища.
В схематично показанном на фиг. 2 варианте выполнения для хранилища 200 предусмотрено управляющее устройство 100. Оно имеет два отдельных друг от друга блока, а именно блок 20 ввода и управляющий блок 30. Как блок 20 ввода, так и управляющий блок 30 соединены с возможностью передачи сигналов с индикаторным устройством 40. Индикаторное устройство 40 является, в частности, монитором, предпочтительно сенсорным монитором, через который можно также осуществлять ввод данных. Оператор хранилища 200 может с помощью такого индикаторного устройства 40, которое выполнено, в частности, в качестве устройства ввода, вводить заданные значения в блок 20 ввода. Они передаются в управляющий блок 30 и используются там для управления проточными устройствами 10 регулировочного устройства 300. Пример ввода данных и связи между блоком 20 и управляющим блоком 30 показан в виде варианта выполнения на фиг. 1.
На фиг. 1 показана возможность визуализации для способа, согласно изобретению, которая может отображаться, например, на индикаторном устройстве 40. Речь идет об отдельных друг от друга блоке 20 ввода и управляющем блоке 30, которые совместно образуют таблицу подачи в хранилище. Блок ввода в табличном виде имеет отдельные, названные зондами проточные устройства 10, которые могут быть снабжены заданными значениями относительно приоритета (Prio). Этот приоритет изменяем. Кроме того, задается соответствующее заданное значение относительно расхода отдельных проточных устройств 10, которое также предусмотрено в табличном виде. Эти оба значения проверяются относительно их достоверности, так что при введенных значениях имеющегося в качестве примера отображения может быть распознана ошибка. Так, для зонда с номером 1 и для зонда с номером 13 указан два раза приоритет 1. Это должно быть устранено перед выполнением передачи введенных заданных значений в управляющий блок 30.
На фиг. 1 управляющий блок 30 уже снабжен заданными значениями из предыдущей стадии выполнения способа. Здесь также указана нумерация отдельных зондов с присвоенным приоритетом и соответствующим заданным значением для расхода отдельных проточных устройств 10. Кроме того, указаны минимальные значения, а также действительные значения в виде обратной связи отдельных проточных устройств 10 в табличном виде в управляющем блоке 30.
Независимо от блока 20 ввода и управляющего блока 30 предусмотрен центральный блок, который задает заданную величину расхода в качестве общего расхода текучей среды. В зависимости от этой величины общего расхода в управляющем блоке выбираются и исключаются дополнительные зонды, с целью получения величины общего расхода.
Кроме того, в блоке 20 ввода имеется дополнительная функция обратной связи. Так при изменении заданных значений под обозначением «обслужено» отображается, какие выполняются изменения при выборе отдельных проточных устройств 10, когда введенные заданные значения должны передаваться в управляющий блок 30.
Следует отметить, что в показанном на фиг. 1 варианте выполнения отдельные проточные устройства 10 названы зондами, при этом под ними следует понимать, в частности, проточные вентили для проточных устройств 10.
Кроме того, различные компоненты, т.е. проточные устройства 10, компрессор 50 и/или хранилище 200 могут иметь датчики, с целью передачи информации, например, о фактической величине расхода одного из проточных устройств 10 или о фактическом уровне заполнения хранилища 200. Эти данные могут оцениваться и контролироваться, в частности, с помощью управляющего блока 30.
Указанные выше варианты выполнения служат исключительно для описания данного изобретения на основании примеров. Естественно, что отдельные указанные признаки можно свободно комбинировать друг с другом, если это технически целесообразно.