輸氣管道閥室RTU改造技術(shù)應(yīng)用

樊崇崇

摘 要：本文主要介紹了對天然氣管道手動(dòng)閥室進(jìn)行RTU改造的相關(guān)技術(shù)應(yīng)用，通過對閥室進(jìn)行RTU改造，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控閥室設(shè)備和數(shù)據(jù)的目的，提高生產(chǎn)監(jiān)控和應(yīng)急搶險(xiǎn)效率，具有極高的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：輸氣管道；手動(dòng)閥室；RTU改造；遠(yuǎn)程監(jiān)控

天然氣管道沿線閥室所處位置一般比較偏僻，人員不易到達(dá)，尤其手動(dòng)閥室只能通過人員現(xiàn)場巡查才能了解閥室情況，一旦出現(xiàn)緊急情況不易實(shí)施應(yīng)急措施，對人員財(cái)產(chǎn)構(gòu)成極大威脅。通過將手動(dòng)閥室改造為RTU閥室，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備和數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，從而提高管道運(yùn)營的安全性。

1 RTU系統(tǒng)功能及總體結(jié)構(gòu)

1.1 基本功能

針對天然氣管道閥室功能特點(diǎn)，一般情況下具有遠(yuǎn)程監(jiān)控功能的RTU閥室應(yīng)滿足以下要求：

（1）遠(yuǎn)程監(jiān)測閥室的管道壓力、閥位等參數(shù)；

（2）遠(yuǎn)程監(jiān)測閥室的可燃?xì)怏w濃度報(bào)警信息；

（3）遠(yuǎn)程控制閥室的氣液聯(lián)動(dòng)閥開關(guān)閥；

（4）遠(yuǎn)程讀取硬件設(shè)備（主要是氣液聯(lián)動(dòng)閥電子控制單元）的工作參數(shù)；

（5）調(diào)控中心服務(wù)器自動(dòng)與閥室遠(yuǎn)程采集控制單元RTU進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢等操作，保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、有效性。

1.2 總體結(jié)構(gòu)

RTU閥室遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可以分為閥室數(shù)據(jù)采集及傳輸設(shè)備、后臺接收平臺、后臺數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和與SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口等，系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1.1所示。從閥室獲得的數(shù)據(jù)，通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)遠(yuǎn)傳系統(tǒng)管理服務(wù)器，管理服務(wù)器通過內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)與SCADA系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)，各級工作人員可通過SCADA系統(tǒng)監(jiān)視閥室的運(yùn)行數(shù)據(jù)。

2 閥室端RTU系統(tǒng)改造實(shí)現(xiàn)

閥室RTU改造需要增加必要的控制設(shè)備，主要完成數(shù)據(jù)的采集與傳送，并接收控制命令進(jìn)行開關(guān)閥的動(dòng)作，RTU改造需在閥室安裝的硬件設(shè)備主要有：遠(yuǎn)程測控終端單元（RTU）和供電單元（包括太陽能電池板、蓄電池）、高增益天線、壓力變送器、可燃?xì)怏w報(bào)警器等，考慮到工作環(huán)境為易燃易爆場所，所有設(shè)備均安裝在隔爆箱內(nèi)。

2.1 閥室遠(yuǎn)程測控終端RTU功能

遠(yuǎn)程測控終端（RTU）是以計(jì)算機(jī)為核心的數(shù)據(jù)采集和控制小型裝置，它具有編程組態(tài)靈活、功能齊全、通信能力強(qiáng)、維護(hù)方便、自診斷能力強(qiáng)，可適應(yīng)惡劣的環(huán)境條件、可靠性高等特點(diǎn)。其主要功能如下：

（1）解析氣液聯(lián)動(dòng)閥電子單元的所有Modbus指令，以ASCII或RTU數(shù)據(jù)格式存儲。

（2）實(shí)時(shí)回傳現(xiàn)場數(shù)據(jù)，含當(dāng)前壓力，平均壓力，平均壓降，氣液聯(lián)動(dòng)閥電子單元設(shè)備電壓、閥室監(jiān)控單元蓄電池電壓、閥室監(jiān)控單元太陽能電池電壓等。

（3）實(shí)時(shí)檢測氣液聯(lián)動(dòng)閥電子單元報(bào)警、事件，如有則立刻回傳事件數(shù)據(jù)。

（4）實(shí)時(shí)檢測閥位信息，如有變化則立刻回傳。

（5）實(shí)時(shí)檢測氣體泄漏報(bào)警器信息，如有報(bào)警則立刻回傳。

（6）命令控制輸出多路12V/24VDC，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程開關(guān)閥門。

（7）無線傳輸功能：自帶GPRS/GSM發(fā)送模塊能夠通過無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

（8）智能電源管理功能：控制太陽能電池對蓄電池充電和防過充。實(shí)時(shí)監(jiān)測蓄電池電壓，欠壓時(shí)自動(dòng)保護(hù)。

2.2 電源設(shè)計(jì)

輸氣管道閥室一般遠(yuǎn)離居住區(qū)，通過外部引入電源比較困難，因此電源設(shè)計(jì)應(yīng)采用太陽能電池板+蓄電池組的方式，為整個(gè)閥室閥室遠(yuǎn)程采集控制單元提供電源。當(dāng)蓄電池電壓低于設(shè)定值時(shí)太陽能電池對蓄電池進(jìn)行充電，高于設(shè)定值時(shí)停止充電。為了保證系統(tǒng)在陰雨天氣能夠正常運(yùn)行，電源設(shè)計(jì)要求能在太能能電池板無法充電的情況下，蓄電池組能連續(xù)提供電能5天或以上。

2.3 通信方式

因閥室所處位置偏僻，在沒有專線通信情況下，RTU改造宜選擇無線網(wǎng)絡(luò)連接方案，即采用運(yùn)營商GPRS/CMDA無線公用網(wǎng)絡(luò)。RTU閥室數(shù)據(jù)傳輸主要通過以下方式實(shí)現(xiàn)：

（1）閥室遠(yuǎn)傳單元數(shù)據(jù)能夠以GPRS/CDMA移動(dòng)通訊方式連接訪問信息網(wǎng)中的后臺服務(wù)器，完成對數(shù)據(jù)采集傳輸應(yīng)用。

（2）數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳系統(tǒng)管理服務(wù)器管理記錄各個(gè)閥室的運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)，并進(jìn)行定期統(tǒng)計(jì)打印等功能。

（3）數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳系統(tǒng)管理服務(wù)器接收安裝在各閥室遠(yuǎn)傳單元通過GPRS通道或CDMA網(wǎng)絡(luò)傳來的現(xiàn)場信息。

（4）閥室遠(yuǎn)傳單元實(shí)時(shí)或定時(shí)向數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳系統(tǒng)管理服務(wù)器發(fā)送獲得的管線壓力、電池電壓、壓降速率等運(yùn)行數(shù)據(jù)，現(xiàn)場信號傳輸采用GPRS通信。

（5）公共無線通訊網(wǎng)：采用GPRS或CDMA網(wǎng)絡(luò)。

（6）與SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)連接：后臺服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò)或者串口連接到SCADA系統(tǒng)中，使調(diào)控中心能夠獲取各閥室的工況并對其進(jìn)行控制。

3 調(diào)控中心管理軟件實(shí)現(xiàn)

調(diào)控中心采集RTU閥室數(shù)據(jù)需安裝專用數(shù)據(jù)接收服務(wù)器和數(shù)據(jù)管理服務(wù)器，閥室RTU終端通過無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街付ǖ臄?shù)據(jù)接收服務(wù)器IP端口，數(shù)據(jù)接收服務(wù)器將數(shù)據(jù)通過RS232或RS485串口傳輸?shù)綌?shù)據(jù)管理服務(wù)器上，從物理上保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，?shù)據(jù)管理服務(wù)器對數(shù)據(jù)進(jìn)行解包處理以圖形界面形式顯示，并記錄相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)，同時(shí)服務(wù)器將閥室數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)絊CADA系統(tǒng)中進(jìn)行顯示及控制。

典型RTU閥室后臺服務(wù)管理軟件架構(gòu)一般采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，按照閥室單元、間隔進(jìn)行數(shù)據(jù)劃分和定義，方便進(jìn)行二次開發(fā)或擴(kuò)展應(yīng)用，此外采用RS232、RS485或TCP/IP接口，支持Modbus通訊協(xié)議，能夠?qū)崿F(xiàn)與SCADA系統(tǒng)通訊，系統(tǒng)采用全圖形化界面，圖形符號符合IEC及國家標(biāo)準(zhǔn)。

通過監(jiān)控軟件可實(shí)時(shí)查詢閥室干線截?cái)嚅y上、下游壓力、可燃?xì)怏w濃度、Lineguard電子控制單元參數(shù)以及設(shè)備報(bào)警、日志等，能夠遠(yuǎn)程控制干線截?cái)嚅y進(jìn)行開、關(guān)操作，極大提高了閥室的實(shí)時(shí)監(jiān)控能力。

4 結(jié)語

經(jīng)過RTU改造后，調(diào)控中心能夠?qū)崿F(xiàn)對閥室運(yùn)行壓力、可燃?xì)怏w濃度等的實(shí)時(shí)監(jiān)控和干線截?cái)嚅y遠(yuǎn)控功能，大大提高管道運(yùn)營的安全性，降低人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，保證生產(chǎn)數(shù)據(jù)上傳的及時(shí)性和準(zhǔn)確性，進(jìn)一步提高生產(chǎn)管理水平。因此，RTU改造技術(shù)正越來越多地應(yīng)用于輸（油）氣管道生產(chǎn)中，具有極高的推廣和應(yīng)用價(jià)值。

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