管道生產(chǎn)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸方式優(yōu)劣比較

劉喜平

中圖分類號(hào)： TN919 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

近些年，國內(nèi)管道建設(shè)進(jìn)入高峰期，近十年來，國內(nèi)多條輸油管道、輸氣管道相繼建成投產(chǎn)，而新建管道大多均采用集中監(jiān)控、調(diào)度運(yùn)行的模式，管道沿線各場站、閥室生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集，關(guān)乎整個(gè)管道的安全生產(chǎn)調(diào)控，以及整個(gè)管道的計(jì)量數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、ESD等系統(tǒng)的正常運(yùn)行，它是管道集中監(jiān)控的基礎(chǔ)，目前，國內(nèi)輸油氣管道均有距離長、跨度大、沿線站場、閥室多的特點(diǎn)，而站場、閥室監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，及控制中心緊急控制信號(hào)的安全高效下達(dá)，在輸油氣安全生產(chǎn)中就顯得極為重要，故此，一條安全穩(wěn)定高效的數(shù)據(jù)傳輸通道建設(shè)就成為輸油氣管道建設(shè)中不可或缺的重要一環(huán)；沒有一條安全高效平穩(wěn)的數(shù)據(jù)傳輸通道，將直接影響管道的按期投產(chǎn)及正常運(yùn)行。

西氣東輸做為國內(nèi)輸氣管道管理的佼佼者，同樣在生產(chǎn)數(shù)據(jù)的傳輸方式上進(jìn)行了不斷的探索和持續(xù)的改進(jìn)，不斷將數(shù)據(jù)傳輸?shù)男录夹g(shù)應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中，目前西氣東輸各站場、閥室與調(diào)控中心的生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳輸方式大致有以下幾種：光纖通信、衛(wèi)星通信、DDN公網(wǎng)、借助移動(dòng)運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)發(fā)送短信息；

西氣東輸一線建設(shè)之初，當(dāng)時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸主要靠租用當(dāng)?shù)仉娦胚\(yùn)營商的DDN電路和衛(wèi)星通信做為數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹鱾溆脗鬏敺绞?，投產(chǎn)后，沿管道同溝敷設(shè)了硅芯管，為后期的光纜敷設(shè)做準(zhǔn)備，2004年10月1日西氣東輸投產(chǎn)時(shí)，由于光纜沒有全線敷設(shè)到位，而當(dāng)時(shí)又投產(chǎn)日期逼近，且各站及閥室均安裝調(diào)試了衛(wèi)星通信系統(tǒng)，當(dāng)時(shí)以衛(wèi)星通信為主，DDN通信為輔進(jìn)行了管道設(shè)備調(diào)試。此后很長一段時(shí)間使用衛(wèi)星通信的方式進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)控。

2006年西氣東輸建成西氣東輸一線光通信網(wǎng)絡(luò)，光通信網(wǎng)管中心設(shè)置在上?？偛?，自此西氣東輸生產(chǎn)數(shù)據(jù)主要依靠自建的光纖通信網(wǎng)，沿線各站場及RTU閥室的生產(chǎn)數(shù)據(jù)均通過站內(nèi)的SCADA路由器將站內(nèi)數(shù)據(jù)采集整理后通過光纖通信方式上傳到調(diào)控中心，目前生產(chǎn)數(shù)據(jù)基本靠此種傳輸方式。

光纖通信即利用光導(dǎo)纖維傳輸光波信號(hào)的通信方式，其主要由光發(fā)射機(jī)、光接收機(jī)、光中繼器及光纖組成一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)傳輸；光纖即光導(dǎo)纖維的簡稱，其制作材料為二氧化硅，目前主要用850nm、1310nm、1550nm三個(gè)低損耗窗口進(jìn)行傳輸信號(hào)，光纖又分單模、多模光纖，目前西氣東輸使用的是單模光纖；此種傳輸方式，具有傳送頻帶寬，傳輸容量大，抗電磁干擾能力強(qiáng)，保密性好、出現(xiàn)故障后通過網(wǎng)管系統(tǒng)可以快速定位、快速處理等優(yōu)點(diǎn)，

但此種方式需要提前敷設(shè)好光纜，提前安裝調(diào)試光通信設(shè)備，且須專業(yè)人員24小時(shí)進(jìn)行監(jiān)控值班，前期投資大，后期也需要專業(yè)的維護(hù)人員進(jìn)行定期維護(hù)。

為保證站場、閥室的生產(chǎn)數(shù)據(jù)全天24小時(shí)不間斷傳輸，確保站場、閥室24小時(shí)處在調(diào)控中心的監(jiān)控之下，各站場、閥室一般均建設(shè)了一主一備兩條數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)傳輸通道，西氣東輸目前大部分站場采用衛(wèi)星通信方式做為備用傳輸通道來傳輸生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

衛(wèi)星通信的機(jī)理就是通過衛(wèi)星天線接收地球同步衛(wèi)星發(fā)射的特定波段的電磁信號(hào)，再經(jīng)過信號(hào)放大器進(jìn)行除噪，解析出真正有用的電磁信號(hào)，進(jìn)行轉(zhuǎn)碼處理還原為正常的生產(chǎn)控制信號(hào)：其本質(zhì)就是地球上的無線電通信站點(diǎn)間利用人造衛(wèi)星做為中繼站進(jìn)行無線通信。衛(wèi)星通信使用的微波頻段一般為300M-300GHz分為C波段、Ku頻段、Ka頻段、L頻段等；目前，中石油已組建了自己的VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)，西氣東輸各閥室、站場與調(diào)控中心的衛(wèi)星通信采用星形網(wǎng)絡(luò)方式，各站場、閥室均與調(diào)控中心的主站進(jìn)行通信，完成站場、閥室數(shù)據(jù)向調(diào)控中心的傳輸；

此種通信方式的優(yōu)點(diǎn)是：1、分別范圍廣（同步衛(wèi)星兩極地區(qū)為通信盲區(qū)，高緯度地區(qū)通信質(zhì)量不好，我國大部分地區(qū)均在中低緯度），不受地域限制；2、投資成本較小，運(yùn)行成本低，運(yùn)行穩(wěn)定；但也存在以下缺點(diǎn)：1、信號(hào)保密性不好，數(shù)據(jù)易泄漏；2、受電磁信號(hào)干擾嚴(yán)重，設(shè)置衛(wèi)星小站前，需進(jìn)行電磁干擾測試；3、接收信號(hào)能力與主站的信號(hào)發(fā)射強(qiáng)度和接收信號(hào)的天線質(zhì)量關(guān)系很大；受雨雪天氣影響較大，當(dāng)云層過厚或衛(wèi)星天線被遮擋時(shí)極易影響信號(hào)接收，造成衛(wèi)星通信掉網(wǎng)。4、衛(wèi)星網(wǎng)組建和維護(hù)需要專業(yè)的調(diào)試設(shè)備和人員；5、信號(hào)存在較大的信號(hào)傳輸時(shí)延和回波干擾；6、存在日凌中斷和星蝕現(xiàn)象。

由于光通信傳輸方式基本能滿足西氣東輸數(shù)據(jù)傳輸需求，做為有效補(bǔ)充，目前衛(wèi)星通信方式做為大部分站場的備用數(shù)據(jù)傳輸方式一直為西氣東輸各站場、RTU閥室所使用。

除了以上兩種數(shù)據(jù)傳輸方式，西氣東輸建設(shè)之初也借助地方電信運(yùn)營商已建成的固有數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，采用租用電信運(yùn)營商DDN線路方式傳輸數(shù)據(jù)。

DDN數(shù)據(jù)傳輸方式即租用電信運(yùn)營商的數(shù)據(jù)電路進(jìn)行傳輸生產(chǎn)數(shù)據(jù)，先期建設(shè)由電信運(yùn)營商專門為西氣東輸站場敷設(shè)一條直接進(jìn)站的光纜線路，且在站內(nèi)配置一套數(shù)據(jù)傳輸終端和協(xié)議轉(zhuǎn)換器，將西氣東輸采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)化設(shè)備路由器通過協(xié)議轉(zhuǎn)換器與電信運(yùn)營商的DDN的線路連接起來，再通過電信運(yùn)營商的設(shè)備、廣域網(wǎng)連接到中石油調(diào)度控制中心，以此種方式將各個(gè)生產(chǎn)站場的生產(chǎn)監(jiān)控及控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)秸{(diào)控中心的方式為DDN數(shù)據(jù)傳輸。

首先，此種傳輸方式需電信運(yùn)營商專門為各個(gè)生產(chǎn)場站預(yù)先敷設(shè)一條光纜，目前，中石油所建站場出于安全、方便等方面的考慮，一般站場建設(shè)地點(diǎn)比較偏僻，一般站場距電信運(yùn)營商的原有線路比較遠(yuǎn)，這就導(dǎo)致初期敷設(shè)費(fèi)用較高，且一般DDN線路專門敷設(shè)的光纜對于電信運(yùn)營商來說由于線路內(nèi)傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)量少，運(yùn)營商一般均沒有配置的專門的巡護(hù)人員，如產(chǎn)生故障，由于網(wǎng)管在電信運(yùn)營商，且兩端設(shè)備均為其所有，無法短時(shí)間內(nèi)判定故障原因，一般均需電信運(yùn)營商和我方雙方專業(yè)人員到場配合才能處理，且在中石油內(nèi)部又牽扯自動(dòng)化和通信專業(yè)之分，站內(nèi)一般是不可能同時(shí)配置兩個(gè)專業(yè)的人員的，如租用電路人員為地方各站，則作為國有企業(yè)的電信運(yùn)營商，由于單一一條線路租用費(fèi)用不高，且目前的電信運(yùn)營商基本處于壟斷地位，站內(nèi)與其沒有討價(jià)還價(jià)余地，且缺乏有效的制裁手段，導(dǎo)致出現(xiàn)故障需運(yùn)營商配合檢查時(shí)，與電信運(yùn)營商協(xié)調(diào)困難，導(dǎo)致故障處理的協(xié)調(diào)時(shí)間較長，一般當(dāng)天無法完成；如：2013年某站，調(diào)度人員通知自動(dòng)化人員其備用SCADA數(shù)據(jù)傳輸路由不通，自動(dòng)化人員要求通信人員檢查DDN線路，通信人員與電信運(yùn)營商一起檢查線路，經(jīng)環(huán)回測試沒有問題，但自動(dòng)化數(shù)據(jù)仍然不通，自動(dòng)化人員又提出電信運(yùn)營商的DDn電路丟包嚴(yán)重，但當(dāng)?shù)仉娦胚\(yùn)營商堅(jiān)持其線路環(huán)回測試沒有問題，故障原因不在其DDN線路，后來又檢查協(xié)議轉(zhuǎn)換器、又檢查調(diào)控中心的設(shè)備、再檢查數(shù)據(jù)配置；就此故障，雙方一直協(xié)調(diào)，前后處理了一個(gè)月有余，才將故障原因查清，排除故障。

近些年由于閥室安全需要，需將普通閥室的少量參數(shù)等監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，但由于建設(shè)期間出于成本的考慮，新建的普通閥室沒有供電設(shè)備，且傳輸?shù)膮?shù)極少，鑒于此種情況，結(jié)合目前社會(huì)大面積使用的GPS、手機(jī)等，普通閥室所在地區(qū)移動(dòng)或聯(lián)通信號(hào)全部能夠覆蓋到，結(jié)合以上情況，西氣東輸研發(fā)了在閥室使用一塊芯片采集管道的壓力、溫度等參數(shù)，每日以手機(jī)短信的形式在固定時(shí)間點(diǎn)向調(diào)控中心發(fā)送短信的形式，來向控制中心發(fā)送數(shù)據(jù)，便于控制中心采集分析閥室的運(yùn)行情況。此種數(shù)據(jù)傳輸方式為西氣東輸近兩年采用，針對信息采集量少，沒有安裝配套的供電設(shè)備，采用太陽能或電池供電的閥室而設(shè)計(jì)，極大節(jié)約了管道運(yùn)行單位的生產(chǎn)成本。