淺談撬裝化智能機(jī)柜在輸油氣站場的應(yīng)用

張 勇 徐 馳 蔡 增

1.國家管網(wǎng)集團(tuán)北方管道有限責(zé)任公司沈陽輸油氣分公司 遼寧 沈陽 110031

2.東北石油管道有限公司 遼寧 沈陽 110031

3.沈陽市錦金鑫科技有限公司 遼寧 沈陽111000

一、前言

撬裝化機(jī)柜的應(yīng)用在國內(nèi)一些行業(yè)屬剛起步階段,機(jī)柜的智能化還不完善,有的是部分功能實現(xiàn)了自動化,而且類似產(chǎn)品差別較大,能夠把機(jī)柜環(huán)境的所有重要參數(shù)實現(xiàn)智能監(jiān)測和控制沒有形成技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。國外如工業(yè)水平較高的歐美和日本等國家工業(yè)自動化發(fā)展較早,隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和社會產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整,一些行業(yè)的設(shè)備模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和信息化發(fā)展較好。國內(nèi)雖然在工業(yè)自動化方面起步晚,但我們的起點相對較高,撬裝式智能機(jī)柜間產(chǎn)品一旦成熟,在使用管道建設(shè)行業(yè)內(nèi)推廣使用過程中能夠快速積累經(jīng)驗,有利于產(chǎn)品的不斷改進(jìn),完善和成熟。

二、撬裝化智能機(jī)柜的基本特點概述

撬裝化智能機(jī)柜做為石油管道的智慧物聯(lián)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)終端將大規(guī)模應(yīng)用于管道運(yùn)輸?shù)恼緢鼋ㄔO(shè)中,它完全能夠替代傳統(tǒng)服務(wù)器機(jī)柜、電氣控制柜等機(jī)柜,而且能夠?qū)駜?nèi)環(huán)境大數(shù)據(jù)監(jiān)控,智慧控制,數(shù)據(jù)上傳,構(gòu)建“智慧機(jī)柜”;撬裝化智慧機(jī)柜將逐步替代各種數(shù)據(jù)中心,場站區(qū)的傳統(tǒng)服務(wù)器機(jī)柜和電控機(jī)柜,撬裝式智能機(jī)柜的研發(fā)和推廣能夠幫助石油管道運(yùn)輸行業(yè)實現(xiàn)“標(biāo)準(zhǔn)化”、“模塊化”、“工廠化”、“信息化”,為行業(yè)建設(shè)達(dá)到高水平提供強(qiáng)大的助力。

為滿足信息化的發(fā)展,研究撬裝化智能機(jī)柜整體解決方案,專業(yè)針對站控數(shù)據(jù)中心高效部署,具有節(jié)約空間,靈活擴(kuò)展,節(jié)能,方便維修等特點先進(jìn)的解決方案。站控設(shè)備間基礎(chǔ)設(shè)施單元是各業(yè)務(wù)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和信息安全的承載實體,智能機(jī)柜主要包括以下9個單元,分別是:供配電系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、不間斷電源設(shè)備、封閉通道組件、照明系統(tǒng)、動力環(huán)境監(jiān)控、安防系統(tǒng)、防雷接地、消防系統(tǒng)等,并根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行選配。

三、撬裝化智能機(jī)柜設(shè)計原則

撬裝化智能機(jī)柜是針對站場生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息通訊、計算、交換和存儲而設(shè)計,是專業(yè)的油氣生產(chǎn)設(shè)備機(jī)柜環(huán)境解決方案。它應(yīng)具備豐富的本地管理資源、安全可靠的硬件設(shè)施、高水平的網(wǎng)絡(luò)管理和完備的增值服務(wù),以及高能效的動力環(huán)境控制方案。通過高度集成化設(shè)計,減少對外界環(huán)境的依賴,無需復(fù)雜昂貴的機(jī)房建設(shè)也可以保障設(shè)備長期穩(wěn)定運(yùn)行。

(一)柜體結(jié)構(gòu)方面:柜體側(cè)壁可配備防盜式可拆裝側(cè)板,簡化安裝操作的同時可防止非法拆卸側(cè)板。機(jī)柜柜門采用多點鎖緊,柜體外壁采用無螺絲設(shè)計,也可保障安全防盜。機(jī)柜提供多種智能鎖方案,可定制使用磁卡鑰匙、指紋、密碼等方式開鎖,既方便又安全。柜體涂裝采用耐腐蝕性涂料,耐鹽抗酸,在地下室等環(huán)境長期使用也不會產(chǎn)生銹蝕。柜體高強(qiáng)度抗震式設(shè)計可保障柜體穩(wěn)定并保護(hù)柜內(nèi)設(shè)備。針對低溫地區(qū)還可填充內(nèi)保溫層。

(二)動力環(huán)境控制方面:系統(tǒng)采用在線式UPS或整體直流穩(wěn)壓輸出方案,搭配機(jī)架式蓄電池,確保柜內(nèi)設(shè)備用電安全。一體式配電模塊附帶電參數(shù)監(jiān)測功能,具備過流、過壓、浪涌保護(hù)等多項安全功能,并且各路輸出高度可控。動環(huán)檢測系統(tǒng)能夠檢測柜內(nèi)溫濕度、水浸、煙感、門禁,柜內(nèi)環(huán)境異?？杉皶r報警,并具有主動氣體滅火功能。系統(tǒng)搭配視頻監(jiān)控可以實現(xiàn)視頻錄制、開門抓拍等防盜功能。柜體可配置空調(diào)和加熱模塊,使柜內(nèi)保持恒定溫度環(huán)境,同時搭配緊急通風(fēng)模塊使用,確保柜內(nèi)設(shè)備環(huán)境的穩(wěn)定性,提高設(shè)備安全,延長設(shè)備使用壽命。

(三)成本控制方面:該設(shè)計提供完整的一站式解決方案,集成了配電、不間斷供電、環(huán)境控制、環(huán)境監(jiān)測等多種模塊,使用時根據(jù)實際需要進(jìn)行整體運(yùn)輸或現(xiàn)場裝備,整體上電測試之后可直接安裝用戶設(shè)備,免除了多套產(chǎn)品分別安裝并設(shè)置的困擾,而且整套系統(tǒng)高度兼容,可避免設(shè)備或功能上的沖突。另外,本產(chǎn)品可提供密閉柜體方案和通風(fēng)柜體方案,密閉柜體方案可實現(xiàn)與外界環(huán)境的隔離,降低對外界環(huán)境的要求,無需建設(shè)專業(yè)機(jī)房也可以保障設(shè)備長期穩(wěn)定運(yùn)行,可節(jié)約機(jī)房建設(shè)的成本,并且在設(shè)備遷移時也可避免土建設(shè)備無法重復(fù)利用帶來的浪費(fèi),只需遷移柜體即可重復(fù)利用配電、不間斷供電、環(huán)境控制、環(huán)境監(jiān)測等設(shè)備。通風(fēng)柜體適用于發(fā)熱量低的場景,通過與柜外環(huán)境直接熱循環(huán)可降低制冷需求,降低設(shè)備成本和長期制冷的電力消耗。由于單個柜體即為完整的一體化系統(tǒng),當(dāng)現(xiàn)有柜體無法滿足使用需求,需要擴(kuò)展時,單獨為新增設(shè)備增設(shè)柜體即可,不涉及原有配電、不間斷供電、環(huán)境控制、環(huán)境監(jiān)測等設(shè)備的更新改造,提高了設(shè)備利用率,減少了設(shè)備不斷更換帶來的資源浪費(fèi)。

(四)遠(yuǎn)程運(yùn)維控制:機(jī)柜搭載的動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)具備強(qiáng)大的邊緣計算能力,能夠有效分流云端工作量,結(jié)合本地終端的多種采集功能,實現(xiàn)本地問題,本地分析,本地處理,本地預(yù)警,本地上傳,可迅速對本地事件作出反應(yīng),在網(wǎng)絡(luò)不暢時也可正常工作,另外根據(jù)海量數(shù)據(jù)的分析可實現(xiàn)故障診斷、處理預(yù)警等功能。同時于云端平臺可進(jìn)行遠(yuǎn)程實時交互,便于集中監(jiān)控、管理,簡化邊緣節(jié)點的管理工作。終端邊緣計算功能的加入大幅提高了整個監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)預(yù)警能力,并且有效節(jié)省云端平臺的帶寬、流量資源和計算存儲資源,大大提升工作效率。

(五)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計:在一體化機(jī)柜系統(tǒng)設(shè)計時,基于國家頒布的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn),包括各種機(jī)柜結(jié)構(gòu)、電氣安全,EMC試驗,以及消防標(biāo)準(zhǔn),堅持統(tǒng)一規(guī)范的原則,從而為未來的業(yè)務(wù)發(fā)展、設(shè)備增容奠定基礎(chǔ),大規(guī)模建設(shè)邊緣節(jié)點機(jī)房時可有效控制各地建設(shè)質(zhì)量。在產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)過程中,統(tǒng)一采用標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品,以便于零部件維修、采購、更換為原則。機(jī)柜實現(xiàn)整體出廠、整體運(yùn)輸、整體安裝,設(shè)計相應(yīng)的運(yùn)裝結(jié)構(gòu),適合室內(nèi)裝配需要;同時設(shè)置統(tǒng)一接口,根據(jù)用戶需求不同,每個站點實現(xiàn)機(jī)柜尺寸、種類、功能的靈活搭配。柜體采用可拆裝結(jié)構(gòu)設(shè)計,如果現(xiàn)場運(yùn)輸空間和條件有限制,還可以將機(jī)柜部分拆解或者全部拆解,以“散件”方式運(yùn)送至目的地,大大拓展了機(jī)柜的運(yùn)輸便利性和布置靈活性。

四、撬裝化智能機(jī)柜設(shè)計方案

(一)全面安防

柜體根據(jù)室內(nèi)使用特點設(shè)計,柜體框架為鈑金折彎結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)輕巧且堅固耐用,柜體采用電泳噴涂,滿足室內(nèi)使用的要求。外部采用防盜結(jié)構(gòu)設(shè)計,兩側(cè)側(cè)板帶鎖具,前后柜門采用智能鎖,前后門上中下三點鎖緊,支持ID卡開鎖,鑰匙開鎖,具備RS485通訊功能,帶鎖控和防盜報警功能。

(二)柜內(nèi)環(huán)境防護(hù)和監(jiān)控

柜內(nèi)配有高精度煙霧傳感器、漏水檢測線等防護(hù)報警元件,能夠及時發(fā)現(xiàn)柜內(nèi)火災(zāi)、漏水情況,柜內(nèi)動環(huán)監(jiān)控主機(jī)可24小時監(jiān)控柜內(nèi)各個電子元件的運(yùn)行情況,遇到火災(zāi)和漏水情況時及時開啟滅火裝置,并上傳到云端報警。

(三)柜內(nèi)控溫控濕

采用自主研發(fā)的機(jī)架式、列間式空調(diào)精密管控柜內(nèi)微環(huán)境,使柜內(nèi)設(shè)備始終處在理想的工作環(huán)境中,不僅提升了柜內(nèi)元器件設(shè)備的使用壽命,還保證了設(shè)備整體運(yùn)行的穩(wěn)定性。

機(jī)架式空調(diào)采用冷熱通道設(shè)計理念,將機(jī)房的溫控系統(tǒng)集中在一臺機(jī)柜內(nèi),并可進(jìn)行模塊化組合,采用R134a冷媒,節(jié)能環(huán)保。列間式空調(diào),采用獨立立式結(jié)構(gòu)設(shè)計,便于與智能微環(huán)境等組件配合,制冷功率大,風(fēng)壓大,風(fēng)量足,而且具備多種保護(hù)報警,十分安全可靠。

(四)遠(yuǎn)程運(yùn)維,邊緣計算與云端計算結(jié)合,增速節(jié)能

機(jī)柜搭載的動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)具備強(qiáng)大的邊緣計算能力,能夠有效分流云端工作量,結(jié)合本地終端的多種采集功能,實現(xiàn)本地問題,本地分析,本地處理,本地預(yù)警,本地上傳;形成一整套診斷分析、處理預(yù)警功能;同時于云端平臺進(jìn)行實時交互,便于集中監(jiān)控、管理;終端邊緣計算功能的加入既提高了整個監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)預(yù)警能力,又有效節(jié)省與云端平臺的帶寬,流量資源,大大提升工作效率。

五、結(jié)論

撬裝式智能機(jī)柜的研究跟站場建設(shè)和改造緊密結(jié)合,能夠解決站場建中的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化等難題;能夠解決場站設(shè)備工作環(huán)境的自動化和遠(yuǎn)程運(yùn)維問題;能夠給設(shè)備的大數(shù)據(jù)互聯(lián)奠定終端基礎(chǔ)。撬裝式智能機(jī)柜是一種新型站場建設(shè)模式,能夠大幅降低站場站控機(jī)房建設(shè)的前期費(fèi)用,縮短建設(shè)時間,滿足合理建設(shè)調(diào)配安排;在站場運(yùn)行期間能夠極大減少人力的投入,智能管理能節(jié)約大量的運(yùn)行維護(hù)成本,給站場建設(shè)實現(xiàn)“模塊化”、“信息化”、“工廠化”、“標(biāo)準(zhǔn)化”的五化奠定堅實的基礎(chǔ)。