綠色制造理念在天然氣管網(wǎng)自動(dòng)化升級改造中的實(shí)踐

王鈺(江西省天然氣管道有限公司，江西 南昌 330096)

0 引言

江西省天然氣管網(wǎng)是從事全省天然氣管網(wǎng)投資、建設(shè)、運(yùn)營和管理以及天然氣輸送與購銷的企業(yè)，是江西省承接上游氣源的省級專業(yè)公司。管網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸以管道伴行光纜為主，目前共投運(yùn)光纜線路1000余公里，在此基礎(chǔ)上結(jié)合電信DDN及無線傳輸?shù)确绞?，調(diào)控中心已通過SCADA系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對場站壓力、溫度、流量等工況的實(shí)時(shí)監(jiān)控；通過閥室數(shù)據(jù)回傳系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對RTU閥室閥門狀態(tài)、門禁、可燃?xì)怏w濃度等參數(shù)的監(jiān)控；通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對各場站生產(chǎn)區(qū)域的實(shí)時(shí)監(jiān)控(見圖1)。同時(shí)各站及調(diào)控中心也建立了ESD緊急停車系統(tǒng)，場站及調(diào)控中心對現(xiàn)場遠(yuǎn)控閥門和ESD系統(tǒng)也進(jìn)行定期遠(yuǎn)程測試。

圖1 江西天然氣管網(wǎng)調(diào)控中心監(jiān)控平臺

1 升級改造的必要性

閥室數(shù)據(jù)監(jiān)控方面目前公司已投運(yùn)閥室40余座，多數(shù)設(shè)計(jì)階段均為普通閥室，不具備數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，公司調(diào)度人員無法全面掌握線路閥室生產(chǎn)工況，對手動(dòng)閥室異常關(guān)斷、壓降速率異常變化等情況無法及時(shí)預(yù)警，不利于突發(fā)事件情況下調(diào)控中心的遠(yuǎn)程應(yīng)急處置。

在視頻監(jiān)控方面目前公司各分輸站、CNG加氣母站、光傳輸RTU閥室均配備有工藝區(qū)及重要生產(chǎn)區(qū)域視頻監(jiān)控系統(tǒng)，因投運(yùn)時(shí)間較長，大部分視頻監(jiān)控設(shè)計(jì)階段采用SYV-75-5模擬視頻信號傳輸，信號通過BNC頭接入模擬硬盤錄像機(jī)，因場區(qū)內(nèi)布置有大量的信號及電力電纜，隨著運(yùn)行時(shí)間的增長，視頻監(jiān)控信號衰減和干擾情況逐漸增多增強(qiáng)，對視頻監(jiān)控信號傳輸質(zhì)量造成較大影響，分辨率和清晰度難以滿足場站站控室和公司調(diào)控中心對于日常生產(chǎn)情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測，不利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況并做出有效預(yù)警和緊急處置。

2 改造實(shí)施

2.1 RTU系統(tǒng)改造

RTU改造系統(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)如圖所示。從普通閥室獲得的數(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，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程RTU閥室相應(yīng)功能(見表1)。

表1 RTU閥室改造前后功能對比表

2.2 視頻監(jiān)控升級

(1)硬件設(shè)備升級改造方面：使用了8路模擬信號+8路數(shù)字信號的混合型DVR終端和防爆一體化網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)更換原有的模擬DVR終端及現(xiàn)場相機(jī)；經(jīng)現(xiàn)場端線路端傳輸至中心端，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)視與控制功能；在場站端及調(diào)控中心端通過專業(yè)網(wǎng)管軟件進(jìn)行現(xiàn)場端設(shè)備管理及遠(yuǎn)程配置及控制。

(2)視頻監(jiān)控線路優(yōu)化方面：采用光電混合纜代替原有同軸電纜加電力電纜的敷設(shè)方式，采用光信號進(jìn)行數(shù)字視頻信號傳輸，防止場站已有電力電路及24V弱電信號線路對視頻信號造成的干擾，同時(shí)也有效防止了隨著時(shí)間的增長同軸電纜視頻信號產(chǎn)生的干擾及衰減情況，便于使用及檢查、維修、維護(hù)等工作的開展。

(3)重新分配及調(diào)整傳輸線路帶寬方面：充分分析現(xiàn)有光纜傳輸業(yè)務(wù)配置情況，利用OSN3500光傳輸網(wǎng)管與業(yè)務(wù)進(jìn)行重新劃分與配置，充分利用帶寬共享的理念，利用VLAN等技術(shù)既有效隔離了視頻監(jiān)控、視頻會議、軟交換、調(diào)度電話等業(yè)務(wù)，也使相關(guān)業(yè)務(wù)共享已有帶寬，提高了資源的使用效率，同時(shí)不用增加光板擴(kuò)容等成本性投入。

實(shí)施完成后監(jiān)控效果有明顯的提升。實(shí)現(xiàn)了對工藝區(qū)的高清視頻監(jiān)控，很好實(shí)現(xiàn)對原有視頻監(jiān)控系統(tǒng)各設(shè)備的兼容，突出了改造重點(diǎn)，為調(diào)度指揮、遠(yuǎn)程監(jiān)控、異常預(yù)警、應(yīng)急處置提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持

3 綠色制造理念的應(yīng)用和實(shí)踐分析

綠色、智能是制造業(yè)轉(zhuǎn)型的主要方向。《中國制造2025》中，“綠色”作為一個(gè)關(guān)鍵詞出現(xiàn)了40余次。全面推行綠色制造，必須聚焦“綠色”主題，按照全生命周期的理念，革新傳統(tǒng)設(shè)計(jì)、制造技術(shù)和生產(chǎn)方式，全面實(shí)現(xiàn)“綠色化”，加快構(gòu)建起以“綠色”為特征的制造體系，無論是RTU改造還是視頻監(jiān)控改造的過程都體現(xiàn)著綠色制造的理念。

3.1 RTU改造實(shí)施過程中的綠色制造優(yōu)勢

(1) RTU改造使用無線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備代替?zhèn)鹘y(tǒng)的光傳輸設(shè)備，使用太陽能板+太陽能充電控制器+蓄電池的方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的市電接入+UPS+蓄電池組的供電方式，將儀表間內(nèi)RTU機(jī)柜內(nèi)各單元模塊集成至RTU控制單元并放入防爆接線箱內(nèi)(見圖2)，減少了征地、外電接入、土建工程等實(shí)施環(huán)節(jié)，改造周期短、改造成本約為傳統(tǒng)閥室的十分之一，同時(shí)減少了對周邊環(huán)境、土地、市電資源等的影響，減少了項(xiàng)目投入，充分體現(xiàn)了綠色制造的理念。

圖2 RTU改造實(shí)施情況

(2)從歷史數(shù)據(jù)中可以看出管線所在的江西山區(qū)是太陽能資源較為貧乏的地區(qū)。因此，系統(tǒng)中太陽能的充電效率要高，安裝在閥室的設(shè)備功耗要非常低。

現(xiàn)場設(shè)備的低功耗設(shè)計(jì)是十分重要的，低功耗設(shè)計(jì)可在供電條件不變情況下更長的延長使用時(shí)間或降低蓄電池容量?，F(xiàn)場采用低功耗器件及獨(dú)特的軟件設(shè)計(jì)使得產(chǎn)品功耗只有同類產(chǎn)品的30%。

閥室設(shè)備的電路設(shè)計(jì)考慮采用低功耗設(shè)計(jì)，采用利于休眠技術(shù)降低功耗，采用MCU智能控制太陽能電池對蓄電池充電，防止蓄電池過充過放。具有欠壓自動(dòng)保護(hù)功能。

所有元器件均使用工業(yè)級、低功耗。采用多層板，高度集成，元器件經(jīng)過篩選及高溫老化，提高穩(wěn)定性，光電偶合隔離技術(shù)防止干擾。高效率、低功耗的設(shè)備的制造和使用也體現(xiàn)了綠色制造的理念。

3.2 視頻監(jiān)控改造是對綠色制造理念的進(jìn)一步延伸

(1)資源的合理配置。經(jīng)過改造充分利用了管網(wǎng)伴行光纜資源，將不同類型數(shù)據(jù)進(jìn)行有效隔離，合理分配帶寬，確保了SCADA數(shù)據(jù)和視頻監(jiān)控等信號有效傳輸。

升級改造完成后對視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的傳輸進(jìn)行了全面的優(yōu)化，不再通過與SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)共用帶寬的方式進(jìn)行傳輸。通過VLAN的劃分與視頻會議、軟交換等辦公類數(shù)據(jù)充分共享帶寬資源，不但充分利用業(yè)務(wù)間隔開展的特點(diǎn)提高了環(huán)網(wǎng)伴行光纜光通信帶寬的利用效率，也減少了對OSN3500光傳輸系統(tǒng)平臺低階交叉資源的占用。

(2)經(jīng)濟(jì)性與可擴(kuò)展性。通過僅針對工藝區(qū)進(jìn)行高清視頻監(jiān)控改造，相當(dāng)于只對原有監(jiān)控系統(tǒng)的幾分之一進(jìn)行改造，節(jié)省了改造成本，原先改一個(gè)站的成本可以改多個(gè)站，實(shí)現(xiàn)了對天然氣場站生產(chǎn)作業(yè)最重要的環(huán)節(jié)的有效監(jiān)控。

(3)改造后的系統(tǒng)兼容原有模擬終端設(shè)備，替換后的設(shè)備可作為備件繼續(xù)使用，同時(shí)改造后的系統(tǒng)具備可擴(kuò)展性。系統(tǒng)設(shè)計(jì)中考慮到技術(shù)的發(fā)展和使用的需要，具有更新、擴(kuò)充和升級的可能。并根據(jù)今后實(shí)際要求擴(kuò)展系統(tǒng)功能，同時(shí)，方案在設(shè)計(jì)中留有冗余，以滿足今后的發(fā)展要求。

(4)兼容性與可重復(fù)利用性。經(jīng)過改造后的終端設(shè)備選擇混合型網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)，既兼容原有視頻監(jiān)控模擬信號，又兼容新增加高清網(wǎng)絡(luò)視頻信號，同時(shí)改造換下的設(shè)備均可利舊使用，也為今后再進(jìn)行改造打下基礎(chǔ)，不必重復(fù)更新主體設(shè)備。充分體現(xiàn)了綠色制造的理念。

(5)改造完成的實(shí)際效果。通過高清視頻監(jiān)控的應(yīng)用，調(diào)控中心加強(qiáng)了場站日常巡檢管理，有效避免了不按時(shí)巡檢和巡檢不到位的情況，增強(qiáng)了安全保障。改造完成后的實(shí)際應(yīng)用，使遠(yuǎn)程指揮變成一種日常行為，平時(shí)作業(yè)活動(dòng)場站值班人員在站控室進(jìn)行有效監(jiān)督，較大作業(yè)活動(dòng)調(diào)度值班人員在調(diào)控中心遠(yuǎn)程監(jiān)督，確保嚴(yán)格按照所審批完成的作業(yè)票一步步執(zhí)行，重要作業(yè)活動(dòng)由公司安全生產(chǎn)部門負(fù)責(zé)人及分管領(lǐng)導(dǎo)在調(diào)控中心遠(yuǎn)程指導(dǎo)，確保作業(yè)各個(gè)環(huán)節(jié)安全、可靠，有效應(yīng)對突發(fā)情況。

4 結(jié)語

作為天然氣管網(wǎng)公司運(yùn)行管理來說，綠色制造理念的應(yīng)用是持續(xù)的課題，為達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)行，必須始終把綠色制造的理念放在重要位置，在奉獻(xiàn)清潔能源的同時(shí)，深入推進(jìn)綠色制造理念，不斷在自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化、國產(chǎn)化的方向上有所創(chuàng)新有所突破，在充分利用現(xiàn)有資源前提下開展基于綠色制造理念的升級改造工作，確保技術(shù)領(lǐng)先，確保安全平穩(wěn)運(yùn)行，確保國有資產(chǎn)保值增值。