本公開(kāi)涉及氣體泄漏檢測(cè)，尤其涉及一種用于二氧化碳泄漏取樣的變頻定深絞車自動(dòng)控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、二氧化碳驅(qū)油封存工程，也被稱為碳捕集與封存（carbon?capture?and?storage,ccs），是一種減少大氣中溫室氣體排放的技術(shù)。在這一過(guò)程中，二氧化碳被捕獲并注入地下深處，通常是為了提高石油采收率或直接封存。

2、然而，傳統(tǒng)的取樣方法通常采用氣體采樣袋或手動(dòng)采樣，氣體采樣袋采集的樣品精準(zhǔn)度差，人工取樣效率較低，需要大量的時(shí)間和人力資源來(lái)完成，這在大規(guī)模的封存工程中尤其成問(wèn)題，同時(shí)也會(huì)增加操作人員的安全風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)，由于人工取樣的不連續(xù)性，可能難以獲得連續(xù)的、實(shí)時(shí)的二氧化碳泄漏數(shù)據(jù)。

3、此外，在惡劣的地下環(huán)境中，導(dǎo)致傳統(tǒng)取樣設(shè)備不夠耐用，需要頻繁的維護(hù)和更換，導(dǎo)致人工取樣和設(shè)備維護(hù)的成本可能相對(duì)較高，尤其是在長(zhǎng)期運(yùn)行的封存項(xiàng)目中。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本公開(kāi)實(shí)施例提供了一種用于二氧化碳泄漏取樣的變頻定深絞車自動(dòng)控制系統(tǒng)，能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的人工依賴度大、取樣效率低、取樣質(zhì)量差等的問(wèn)題。

2、第一方面，本公開(kāi)實(shí)施例提供了一種用于二氧化碳泄漏取樣的變頻定深絞車自動(dòng)控制系統(tǒng)，該方法具體包括：

3、運(yùn)動(dòng)控制模塊，用于基于預(yù)設(shè)速度控制策略控制變頻電控絞車運(yùn)動(dòng)到預(yù)設(shè)理論深度；

4、溫度采集模塊，用于將所述預(yù)設(shè)理論深度與初始口之間劃分為n個(gè)深度段，并獲取每個(gè)深度段的實(shí)際溫度；

5、熱膨脹量獲取模塊，用于基于所述實(shí)際溫度、預(yù)設(shè)熱膨脹補(bǔ)償公式，獲得預(yù)設(shè)電纜每個(gè)深度段的熱膨脹量；

6、補(bǔ)償值獲取模塊，用于基于所述熱膨脹量獲取熱膨脹長(zhǎng)度補(bǔ)償值；

7、實(shí)際深度獲取模塊，用于基于所述熱膨脹長(zhǎng)度補(bǔ)償值獲得實(shí)際深度；

8、動(dòng)態(tài)調(diào)控模塊，用于基于所述實(shí)際深度與所述預(yù)設(shè)理論深度的差值，動(dòng)態(tài)調(diào)控所述變頻電控絞車的運(yùn)動(dòng)。

9、可選地，所述基于預(yù)設(shè)速度控制策略控制變頻電控絞車運(yùn)動(dòng)到預(yù)設(shè)理論深度，包括：通過(guò)采樣控制終端向變頻電控絞車發(fā)送采樣指令，控制變頻電控絞車的速度和方向，通過(guò)所述變頻電控絞車上的位置控制組件對(duì)取樣釜進(jìn)行位姿調(diào)控，以進(jìn)行二氧化碳泄漏取樣；

10、其中，所述采樣控制終端與所述變頻電控絞車之間通過(guò)預(yù)設(shè)電纜連接。

11、可選地，所述預(yù)設(shè)速度控制策略包括pid控制算法、參數(shù)整定、抗積分飽和、微分項(xiàng)濾波和采樣周期設(shè)定；

12、所述pid控制算法包括：u(t)?=?kpe(t)?+?ki∫e(t)dt?+?kdde(t)/dt，其中，u(t)為控制輸出，e(t)為目標(biāo)速度與實(shí)際速度之間的差值，kp為比例增益，ki為積分增益，kd為微分增益；

13、所述參數(shù)整定包括：kp0=0.6ku，ki0=1.2ku/tu，kd0=3kutu/40，其中，ku為臨界增益，tu為臨界周期；

14、所述抗積分飽和包括積分分離技術(shù)和變積分系數(shù)方法；

15、所述微分項(xiàng)濾波包括通過(guò)一階低通濾波器減少微分項(xiàng)中的噪聲影響；

16、所述采樣周期設(shè)定包括根據(jù)二氧化碳泄漏取樣的采樣頻率需求，設(shè)定對(duì)應(yīng)的間隔時(shí)長(zhǎng)。

17、可選地，所述預(yù)設(shè)速度控制策略還包括：根據(jù)不同的深度段配置不同的速度曲線，在不同深度段的過(guò)渡區(qū)采用貝塞爾曲線進(jìn)行速度的平滑過(guò)渡；

18、當(dāng)深度段屬于淺層時(shí)，基于預(yù)設(shè)加速公式控制所述變頻電控絞車的運(yùn)動(dòng)速度；

19、所述預(yù)設(shè)加速公式包括：v(t)=vmax(1-cos(πt/t))/2，0≤t≤t，t為加速時(shí)間，vmax為加速后達(dá)到的預(yù)設(shè)最大速度；

20、當(dāng)深度段屬于中層時(shí)，根據(jù)預(yù)設(shè)勻速值控制所述變頻電控絞車的運(yùn)動(dòng)速度；

21、當(dāng)深度段屬于深層時(shí)，基于預(yù)設(shè)減速公式控制所述變頻電控絞車的運(yùn)動(dòng)速度；

22、所述預(yù)設(shè)減速公式包括：v(t)?=?v0e-kt，k為衰減系數(shù)，v0為t=0時(shí)的速度；

23、所述淺層的深度為h1，所述中層的深度為h2，所述深層的深度為h3，0＜h1≤500m，500m＜h2≤2000m，2000m＜h3。

24、可選地，還包括電機(jī)運(yùn)作調(diào)控模塊，所述電機(jī)運(yùn)作調(diào)控模塊用于基于預(yù)設(shè)電機(jī)運(yùn)行策略控制所述變頻電控絞車的電機(jī)的運(yùn)作；

25、所述基于預(yù)設(shè)電機(jī)運(yùn)行策略控制所述變頻電控絞車的電機(jī)的運(yùn)作，包括：基于斜坡函數(shù)控制所述變頻電控絞車的電機(jī)的軟啟動(dòng)；

26、基于二次函數(shù)控制所述變頻電控絞車的電機(jī)的軟停止；

27、基于預(yù)設(shè)公式控制所述變頻電控絞車的電機(jī)的速度變化；

28、所述斜坡函數(shù)包括：ω(t)?=?ωmax·(t/tstart)，?0?≤?t?≤?tstart；ω(t)為時(shí)間t時(shí)刻的轉(zhuǎn)速，ωmax為最大轉(zhuǎn)速，tstart為啟動(dòng)時(shí)間；

29、所述二次函數(shù)包括：ω(t)?=?ωinitial·(1?-?(t/tstop)2)，?0?≤?t?≤?tstop；ωinitial是初始轉(zhuǎn)速，tstop為停止時(shí)間；

30、所述預(yù)設(shè)公式包括：|d3x/dt3|?≤?jerkmax，jerkmax為速度變化率的最大值。

31、可選地，還包括速度動(dòng)態(tài)調(diào)整模塊，用于根據(jù)實(shí)時(shí)獲取的預(yù)設(shè)電纜的實(shí)際張力，獲得張力偏差，并基于所述張力偏差、偏差的歷史積累、偏差變化率動(dòng)態(tài)調(diào)整對(duì)應(yīng)的速度曲線的參數(shù)。

32、可選地，所述根據(jù)實(shí)時(shí)獲取的預(yù)設(shè)電纜的實(shí)際張力，獲得張力偏差，包括：

33、在變頻定深絞車運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，基于高精度應(yīng)變式張力傳感器實(shí)時(shí)獲取預(yù)設(shè)電纜的實(shí)際張力；

34、基于預(yù)設(shè)張力預(yù)測(cè)模型獲取電纜張力預(yù)測(cè)信息；所述預(yù)設(shè)張力預(yù)測(cè)模型包括：tpredicted?=?k1depth?+?k2velocity2?+?k3，其中?k1、k2、k3為系統(tǒng)標(biāo)定參數(shù)，depth為預(yù)設(shè)電纜下放深度，velocity為變頻定深絞車的運(yùn)行速度；

35、基于所述實(shí)際張力、所述電纜張力預(yù)測(cè)信息獲得張力偏差。

36、可選地，還包括告警模塊，用于在所述實(shí)際張力出現(xiàn)異常時(shí)，基于模糊pid控制策略對(duì)動(dòng)態(tài)調(diào)控所述預(yù)設(shè)速度控制策略，且若所述張力偏差超過(guò)閾值時(shí)，根據(jù)多級(jí)安全閾值機(jī)制觸發(fā)對(duì)應(yīng)的告警，并基于預(yù)設(shè)響應(yīng)策略啟動(dòng)對(duì)應(yīng)的應(yīng)急控制；

37、所述動(dòng)態(tài)調(diào)控的方法包括：

38、配置模糊規(guī)則庫(kù)，所述模糊規(guī)則庫(kù)用于將所述張力偏差和張力偏差變化率轉(zhuǎn)換為pid參數(shù)增量，所述pid參數(shù)增量包括比例增益增量、積分增益增量和微分增益增量；

39、基于所述模糊規(guī)則庫(kù)，進(jìn)行模糊推理，采用重心法將模糊推理的結(jié)果轉(zhuǎn)換為清晰的pid參數(shù)值；

40、根據(jù)模糊控制器的輸出，調(diào)整pid控制器的參數(shù)；

41、根據(jù)預(yù)設(shè)電纜所處的深度，通過(guò)自適應(yīng)機(jī)制動(dòng)態(tài)調(diào)控所述預(yù)設(shè)速度控制策略中的pid參數(shù)。

42、可選地，所述預(yù)設(shè)熱膨脹補(bǔ)償公式為：△li=αil0i△ti，αi是預(yù)設(shè)電纜第i個(gè)深度段的線膨脹系數(shù)，l0i是預(yù)設(shè)電纜在初始溫度下第i個(gè)深度段的初始運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度，△ti是預(yù)設(shè)電纜第i個(gè)深度段的實(shí)際溫度與初始口處初始溫度的變化差值。

43、可選地，所述基于所述熱膨脹量獲取熱膨脹長(zhǎng)度補(bǔ)償值，包括：將n個(gè)深度段的熱膨脹量疊加，獲得所述熱膨脹長(zhǎng)度補(bǔ)償值

44、該實(shí)施例公開(kāi)的用于二氧化碳泄漏取樣的變頻定深絞車自動(dòng)控制系統(tǒng)，通過(guò)預(yù)設(shè)的速度控制策略，可以確保絞車以穩(wěn)定的速度到達(dá)預(yù)設(shè)的理論深度，可有效減少操作人員對(duì)絞車速度的頻繁調(diào)整，提高取樣操作的效率，同時(shí)能有效減少絞車在啟動(dòng)和停止時(shí)的沖擊，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命；將深度劃分為多個(gè)段落，可以更精細(xì)地獲取不同深度的溫度數(shù)據(jù)，避免了溫度誤差對(duì)整體深度的影響，不同深度段的溫度變化可能不同，分段測(cè)量可以更準(zhǔn)確地反映出這些變化，為后續(xù)的熱膨脹補(bǔ)償提供更精確的數(shù)據(jù)，將深度劃分為等長(zhǎng)的段落，使得數(shù)據(jù)處理更為簡(jiǎn)化和標(biāo)準(zhǔn)化，提高了數(shù)據(jù)處理的效率；通過(guò)精確的溫度數(shù)據(jù)和熱膨脹補(bǔ)償公式，可以準(zhǔn)確計(jì)算出每個(gè)深度段的熱膨脹量，為后續(xù)的長(zhǎng)度補(bǔ)償提供可靠的數(shù)據(jù)；熱膨脹量計(jì)算考慮了溫度變化對(duì)電纜長(zhǎng)度的影響，減少了環(huán)境因素對(duì)深度測(cè)量準(zhǔn)確性的干擾；精確的熱膨脹量計(jì)算提高了深度測(cè)量的精度，避免了因溫度變化導(dǎo)致的測(cè)量誤差；將每個(gè)深度段的熱膨脹量累加，得到整體的熱膨脹長(zhǎng)度補(bǔ)償值，為下一步計(jì)算實(shí)際深度提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)；綜合補(bǔ)償值考慮了整個(gè)深度范圍內(nèi)的溫度變化，確保了深度測(cè)量的全面準(zhǔn)確性；通過(guò)精確的熱膨脹長(zhǎng)度補(bǔ)償值，可以得到實(shí)際深度，確保測(cè)量結(jié)果與實(shí)際深度一致，避免因溫度變化導(dǎo)致的深度誤差；最后，基于實(shí)際深度與預(yù)設(shè)理論深度的差值，動(dòng)態(tài)調(diào)控變頻電控絞車的運(yùn)動(dòng)，通過(guò)自動(dòng)控制和動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，可以在運(yùn)行過(guò)程中實(shí)時(shí)修正用于二氧化碳泄漏取樣的變頻定深絞車的任何偏差，增強(qiáng)取樣穩(wěn)定性，精確的深度控制和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)可以減少操作過(guò)程中的潛在風(fēng)險(xiǎn)，提高了整體操作的安全性。

45、上述說(shuō)明僅是本公開(kāi)技術(shù)方案的概述，為了能更清楚了解本公開(kāi)的技術(shù)手段，而可依照說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為讓本公開(kāi)的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實(shí)施例，并配合附圖，詳細(xì)說(shuō)明如下。