一種輸油管路閥室遠(yuǎn)程監(jiān)控與通信解決方案

陳良波，王玉福

（泉州理工職業(yè)學(xué)院/福建省清潔能源協(xié)同創(chuàng)新中心，福建 泉州 362269）

0 引言

由于運(yùn)輸量大、連續(xù)、迅速、經(jīng)濟(jì)且可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制等原因，因此通過輸油管道來輸送石油被廣泛采納。在管道每隔一定距離設(shè)立閥室以及時(shí)發(fā)現(xiàn)管道可能出現(xiàn)的問題。根據(jù)中國石油天然氣股份有限公司天然氣與管道分公司2013年發(fā)布的《輸氣管道工程線路閥室技術(shù)規(guī)定》和《輸油管道工程線路閥室技術(shù)規(guī)定》中有關(guān)閥室監(jiān)控和通信的要求，監(jiān)控閥室可通過光纖網(wǎng)絡(luò)、公網(wǎng)、VSAT衛(wèi)星通信等通信方式，需要用到路由器或交換機(jī)、IP地址等軟硬件資源，成本較高。本文提出了一種輸油管路閥室遠(yuǎn)程監(jiān)控與通信的解決方案，能以較低的成本實(shí)現(xiàn)各種環(huán)境下閥室的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

1 閥室遠(yuǎn)程監(jiān)控與通信系統(tǒng)構(gòu)成

輸油管道工程閥室按照功能分為監(jiān)控閥室、手動(dòng)閥室、單向閥室、高點(diǎn)放空閥室等。根據(jù)相關(guān)規(guī)定一般監(jiān)控閥室需設(shè)置監(jiān)控設(shè)備RTU，另外應(yīng)根據(jù)地域自然條件、管理要求、經(jīng)濟(jì)情況合理的選擇通信方式，規(guī)定以光纖通信作為主要傳輸手段，當(dāng)條件不具備時(shí)，合理選擇公網(wǎng)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)電路、無線數(shù)據(jù)傳輸、衛(wèi)星通訊等方式。本文提供了一種對(duì)閥室進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控與通信的解決方案，如圖1所示，方案采用了巨控通訊模塊通過485數(shù)據(jù)線與閥室RTU/PLC系統(tǒng)通信，同時(shí)通訊模塊能通過有線、公網(wǎng)、WIFI等方式與云平臺(tái)通訊，遠(yuǎn)程端可網(wǎng)頁、組態(tài)、手機(jī)APP等方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，網(wǎng)頁、組態(tài)、手機(jī)APP可根據(jù)閥室復(fù)雜程度不同定制不同的程序界面，遠(yuǎn)程監(jiān)控電腦只需能上網(wǎng)即可，無需固定IP，無需搭建任何中心服務(wù)器，具有良好的經(jīng)濟(jì)使用價(jià)值[1-2]。

2 閥室RTU/PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)

輸油管路閥室RTU/PLC系統(tǒng)系統(tǒng)主要包括供電部分、RTU/PLC控制系統(tǒng)、通信模塊、現(xiàn)場(chǎng)其它設(shè)備等，能夠監(jiān)測(cè)地溫、油管壓力溫度及其它各種設(shè)備狀態(tài)，接受調(diào)控中心指令，上傳參數(shù)等。

圖1 閥室遠(yuǎn)程監(jiān)控與通信方案示意圖Fig. 1 Schematic diagram of remote monitoring and communication scheme for valve room

2.1 供電部分

閥室一般需要220V和24V電源，用電設(shè)備主要包括RTU/PLC控制設(shè)備、通信設(shè)備、截?cái)嚅y、陰保設(shè)備、照明等，其中，對(duì)于重要設(shè)備供電如RTU/PLC系統(tǒng)應(yīng)配有UPS供電，因此，供電部分設(shè)計(jì)一般有兩種形式：外電與UPS結(jié)合電源和獨(dú)立電源與UPS結(jié)合電源。外電與UPS電源是監(jiān)控閥室所在地的電網(wǎng)可靠并能為監(jiān)控閥室可用，正常時(shí)，所有設(shè)備用電由電網(wǎng)供電，UPS電源主機(jī)一樣由外電供電；當(dāng)外電源發(fā)生故障或失電時(shí)，UPS電源的蓄電池能立刻為重要設(shè)備進(jìn)行供電，保證閥室用電安全[3]。獨(dú)立電源與UPS結(jié)合電源是當(dāng)監(jiān)控閥室所在地為無電網(wǎng)的偏遠(yuǎn)地區(qū)，通常采取小容量燃油發(fā)電裝置作為電源、太陽能電源、太陽能與風(fēng)能相結(jié)合發(fā)電機(jī)裝置等，應(yīng)根據(jù)地區(qū)情況有所選擇[4]。

2.2 RTU/PLC控制系統(tǒng)

根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)定數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)采用RTU，當(dāng)然也可以采用傳統(tǒng)的PLC系統(tǒng)。RTU/PLC控制系統(tǒng)監(jiān)控的信號(hào)如表1所示，主有要：對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的工藝變量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理；輸油管路的緊急截?cái)?；采集和處理供電系統(tǒng)的相關(guān)變量；監(jiān)視閥室的可燃?xì)怏w、火災(zāi)報(bào)警和安全狀況等；為上級(jí)調(diào)控中心提供有關(guān)數(shù)據(jù)；接受并執(zhí)行調(diào)控中心下達(dá)的命令；門禁控制等?？紤]輸油管路的特殊性，RTU/PLC控制系統(tǒng)要具備防暴要求，包括控制器、供電部分、通訊模塊、數(shù)據(jù)采集部分應(yīng)安裝于防暴箱內(nèi)，所有線路要采用防暴管線。RTU 系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與通訊部分均采用低工耗有休眠功能的省電產(chǎn)品[5]。鑒于閥室內(nèi)部溫、濕度比較大,系統(tǒng)全部選用寬溫系列工業(yè)級(jí)產(chǎn)品, 可以保證在惡劣的環(huán)境下穩(wěn)定工作。

2.3 通訊模塊

本設(shè)計(jì)采用的通訊模塊是廣州巨誠信息科技有限公司的智能遠(yuǎn)程控制終端GRM530。該模塊具備監(jiān)控和通訊功能，當(dāng)控制點(diǎn)數(shù)較少時(shí)，如12點(diǎn)，那么完全可以不用再增加任何RTU/PLC控制器。在本設(shè)計(jì)中，將該模塊只作為通訊模塊使用，它支持WIFI、有線、3G/4G等上網(wǎng)方式，無需固定IP地址、綁定動(dòng)態(tài)域名和繁瑣的路由器設(shè)置；采用非透?jìng)鬟h(yuǎn)程下載模式，可下載調(diào)試各種RTU/PLC設(shè)備，速度流暢；采用非透?jìng)髦悄懿杉Ｊ?，壓縮算法多包并發(fā)采集，支持最大2000個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，16個(gè)采集設(shè)備；可實(shí)現(xiàn)手機(jī)短信讀寫RTU/PLC的任意寄存器，可實(shí)現(xiàn)多次撥號(hào)和語音提醒，可實(shí)現(xiàn)短信報(bào)警多次發(fā)送直到確認(rèn)[6]。

表1 監(jiān)視閥室的典型數(shù)據(jù)采集信號(hào)表Table 1 Typical data acquisition signal table of monitoring valve room

2.4 現(xiàn)場(chǎng)其它設(shè)備監(jiān)控閥室除了以上設(shè)備

主要還包括數(shù)據(jù)采集的各種設(shè)備，如石油溫度、壓力、當(dāng)?shù)販囟?、可燃?xì)怏w濃度、截?cái)嚅y狀態(tài)、蓄電池電量、光纖的通斷狀態(tài)、火災(zāi)報(bào)警設(shè)備感煙探測(cè)器狀態(tài)、感溫探測(cè)器數(shù)值、陰極保護(hù)系統(tǒng)輸出電流、電壓數(shù)值、外電供電設(shè)備狀態(tài)、太陽能供電設(shè)備、門禁狀態(tài)等對(duì)應(yīng)設(shè)備[7]。

3 閥室遠(yuǎn)程監(jiān)控功能設(shè)計(jì)

3.1 遠(yuǎn)程監(jiān)控方式

巨控通訊模塊可實(shí)現(xiàn)與巨控云平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，平臺(tái)提供標(biāo)準(zhǔn)OPC數(shù)據(jù)接口，可通過數(shù)十種主流組態(tài)軟件編寫組態(tài)程序?qū)崿F(xiàn)組態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)控；平臺(tái)還提供標(biāo)準(zhǔn)的HTTP接口，可開發(fā)個(gè)性網(wǎng)頁和手機(jī)APP，實(shí)現(xiàn)企業(yè)云監(jiān)控平臺(tái)和APP監(jiān)控；支持短信報(bào)警和控制。

3.2 遠(yuǎn)程監(jiān)控功能

遠(yuǎn)程監(jiān)控功能主要包含數(shù)據(jù)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)智能控制、實(shí)時(shí)及歷史數(shù)據(jù)曲線圖、報(bào)警系統(tǒng)、參數(shù)設(shè)置等功能。

3.2.1 數(shù)據(jù)狀態(tài)監(jiān)測(cè)

遠(yuǎn)程電腦或智能終端實(shí)時(shí)顯示RTU/PLC系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)，主要監(jiān)測(cè)油路壓力、溫度，陰極保護(hù)參數(shù)，線路截?cái)嚅y狀態(tài)，可燃?xì)怏w濃度、火災(zāi)報(bào)警及門禁開關(guān)狀態(tài)，供電系統(tǒng)工作狀態(tài)等。

3.2.2 數(shù)據(jù)智能控制

遠(yuǎn)程控制主要是對(duì)閥室中線路截?cái)嚅y工作狀態(tài)的控制，能夠進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)記錄，建立數(shù)學(xué)模型對(duì)壓力變化進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)到管道有異常相能立即報(bào)警，在緊急情況下遠(yuǎn)程可發(fā)出關(guān)閉閥門命令并完成截?cái)嚅y的關(guān)閉[8]。

3.2.3 實(shí)時(shí)及歷史數(shù)據(jù)曲線圖

遠(yuǎn)程終端可對(duì)一些重要的參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并以圖的形式體現(xiàn)出來，也能對(duì)各個(gè)時(shí)段的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢。

3.2.4 報(bào)警系統(tǒng)

報(bào)警系統(tǒng)主要包括越限報(bào)警、防盜報(bào)警以及設(shè)備的自診斷報(bào)警，系統(tǒng)可通過短信的形式報(bào)警。

3.2.5 參數(shù)設(shè)置

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可進(jìn)行時(shí)間、參數(shù)和程序的設(shè)定,權(quán)限分級(jí)設(shè)置，設(shè)置遠(yuǎn)程控制權(quán)限，短信報(bào)警設(shè)置等功能設(shè)置。

4 與現(xiàn)有方案的比較

4.1 遠(yuǎn)端電腦配置

現(xiàn)有方案一般采用動(dòng)態(tài)域名解析或者固定IP，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜且對(duì)網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性較差，編程或者監(jiān)控電腦還需要配置相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)模塊。本方案對(duì)于遠(yuǎn)端電腦只要能上網(wǎng)即可，無需固定IP，無需搭建任何中心服務(wù)器，也無需加配任何硬件。

4.2 數(shù)據(jù)采集和傳輸

現(xiàn)有方案一般采用VPN方式，無壓縮費(fèi)流量，更新速度慢，支持點(diǎn)數(shù)比較少，不支持邏輯編程。本方案采用非透?jìng)鞑杉Ｊ?，有壓縮算法，可多包并發(fā)采集，支持最大2000點(diǎn)，內(nèi)置邏輯編程和函數(shù)[9]。

4.3 短信功能

現(xiàn)有方案短信一般受限制，傳送容易丟失，無撥號(hào)提醒功能，無法反復(fù)報(bào)警到人。本方案可實(shí)現(xiàn)短信控制、短信提醒、撥號(hào)提醒、可反復(fù)提醒直到確認(rèn)。

4.4 遠(yuǎn)程下載與調(diào)試功能

現(xiàn)有方案一般采用VPN方式，下載速度慢主要受到VPN封鎖限制，對(duì)于RTU/PLC等實(shí)時(shí)協(xié)議的下載以及人機(jī)界面程序的下載效果比較差，沒有網(wǎng)絡(luò)智能診斷功能。本方案采用巨控智能控制器，為非透?jìng)鬟h(yuǎn)程下載模式，可在線下載和調(diào)試各種RTU/PLC及人機(jī)界面程序等，下載調(diào)試流暢，具備網(wǎng)絡(luò)智能診斷。

4.5 接口標(biāo)準(zhǔn)且開放

現(xiàn)有方案一般無法提供通用接口或者不會(huì)免費(fèi)提供標(biāo)準(zhǔn)接口，一般只提供簡(jiǎn)單網(wǎng)頁組態(tài)監(jiān)控界面。本方案免費(fèi)提供手機(jī)APP、網(wǎng)頁組態(tài)監(jiān)控、組態(tài)軟件遠(yuǎn)程監(jiān)控等。

4.6 系統(tǒng)成本

現(xiàn)在方案搭建成本很高，需要更多的軟硬件資源，同時(shí)，開發(fā)復(fù)雜，需要花費(fèi)更多的人工來調(diào)試與維護(hù)。本方案提供只需一個(gè)巨控通訊模塊，其它所有基本都免費(fèi)提供。

5 結(jié)論

采用云平臺(tái)遠(yuǎn)程監(jiān)控能實(shí)現(xiàn)閥室的遠(yuǎn)程監(jiān)控，可多種遠(yuǎn)程終端監(jiān)控，能適應(yīng)各種自然環(huán)境，成本相當(dāng)?shù)牡停曳现袊吞烊粴夤煞萦邢薰咎烊粴馀c管道分公司2013年發(fā)布的《輸氣管道工程線路閥室技術(shù)規(guī)定》和《輸油管道工程線路閥室技術(shù)規(guī)定》中有關(guān)規(guī)定，同時(shí)，本套方案已工業(yè)自動(dòng)化、電力系統(tǒng)、金融行業(yè)等都有成熟成功的應(yīng)用。因此，本套方案在輸油管中閥室上也能有良好的應(yīng)用，如果能夠建立自有的企業(yè)云實(shí)現(xiàn)對(duì)閥室的遠(yuǎn)程監(jiān)控，那么對(duì)于數(shù)據(jù)的保密性將更加的可靠。