淺談5G通訊技術(shù)在天然氣長(zhǎng)輸管道智能化控制上的應(yīng)用

陳帥

（中海廣東天然氣有限責(zé)任公司，廣東 珠海 519000）

5G通訊技術(shù)相較于4G通訊技術(shù)，其特點(diǎn)是有更廣的連接、更快的反應(yīng)速度、更低的時(shí)延。作為萬物互聯(lián)的重要基礎(chǔ)，隨著5G技術(shù)的逐漸商用，其在天然氣長(zhǎng)輸管道智能化控制中必將發(fā)揮關(guān)鍵作用。使天然氣長(zhǎng)輸管道生產(chǎn)數(shù)據(jù)的收集、處理、反饋都將更加高效，能夠推動(dòng)天然氣長(zhǎng)輸管道智能化控制技術(shù)不斷進(jìn)步并走向成熟。

1 5G技術(shù)與智能化控制的內(nèi)涵

5G技術(shù)即第五代移動(dòng)通信技術(shù)的簡(jiǎn)稱，其具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)制式。5G技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)是社會(huì)爆炸式增長(zhǎng)的移動(dòng)數(shù)據(jù)，這種通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)如今受到了廣泛關(guān)注。不過，“物聯(lián)網(wǎng)”、“萬物互聯(lián)”等互聯(lián)網(wǎng)升級(jí)的代名詞，如今其還只是作為一句口號(hào)，并未完全得到應(yīng)用。隨著5G通訊技術(shù)的發(fā)展，無疑推動(dòng)了萬物互聯(lián)的發(fā)展。5G技術(shù)作為天然氣長(zhǎng)輸管道智能化控制的基礎(chǔ)，使得智能化控制得以實(shí)現(xiàn)。天然氣智能化控制技術(shù)是電子感應(yīng)技術(shù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、智能分析等智能化技術(shù)的糅合應(yīng)用。通過感知長(zhǎng)輸管道上的傳感器，對(duì)收集數(shù)據(jù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，從而判斷管輸情況，為生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)提供數(shù)據(jù)支撐。如發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常，系統(tǒng)報(bào)警后可通過遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急處置，避免事態(tài)擴(kuò)大。

國(guó)際電信聯(lián)盟定義5G技術(shù)的主要特點(diǎn)為：增強(qiáng)移動(dòng)寬帶（eMBB）、超高可靠低時(shí)延通信(uRLLC)和海量機(jī)器類通信(mMTC），簡(jiǎn)單來說就是更快的網(wǎng)絡(luò)、更低時(shí)延、更廣連接。其特點(diǎn)均是強(qiáng)化天然氣長(zhǎng)輸管道智能化控制手段的措施。具體表現(xiàn)為：增強(qiáng)移動(dòng)寬帶，創(chuàng)造出更快的網(wǎng)絡(luò)速率，滿足了高清視頻、大數(shù)據(jù)傳輸，讓天然氣長(zhǎng)輸管道智能化控制的在線管理、跟蹤、查詢、監(jiān)測(cè)等功能更完善，傳輸更多樣的數(shù)字量信號(hào)，實(shí)現(xiàn)多用戶、多點(diǎn)、大量數(shù)據(jù)的協(xié)同組網(wǎng)；其次更低時(shí)延，則是讓天然氣控制的自動(dòng)運(yùn)行、執(zhí)行命令更加高效；最后是更廣連接，對(duì)于天然氣長(zhǎng)輸管道來說，其具有多面廣的特點(diǎn)，只有具備足夠強(qiáng)的連接能力，將眾多設(shè)備等連接成整體，才能真正實(shí)現(xiàn)人與人、物與物、人與物的互聯(lián)。

2 5G技術(shù)在天然氣長(zhǎng)輸管道智能化控制的應(yīng)用

天然氣長(zhǎng)輸管道業(yè)務(wù)中，5G技術(shù)不管是數(shù)據(jù)采集的設(shè)備，還是數(shù)據(jù)處理的設(shè)備，或是接受指令執(zhí)行操作的設(shè)備，都有極高的精密度和極強(qiáng)的性能。同時(shí)5G技術(shù)可以應(yīng)用在生產(chǎn)數(shù)據(jù)的傳輸、處理、反饋、控制等諸多領(lǐng)域。下面以廣東某長(zhǎng)輸管道為例，介紹5G技術(shù)在長(zhǎng)輸管道領(lǐng)域的應(yīng)用案例。

2.1 數(shù)據(jù)采集與控制的應(yīng)用

天然氣長(zhǎng)輸管道的數(shù)據(jù)采集與控制一般設(shè)有自動(dòng)控制系統(tǒng)系統(tǒng)，即SCADA系統(tǒng)。廣東某長(zhǎng)輸管道調(diào)控中心與輸氣站場(chǎng)、閥室之間原通訊方式為：主網(wǎng)為自主建設(shè)光纖或租用電信專線，備網(wǎng)采用無線4G傳輸。因廣東地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展較為活躍，管道周邊第三方施工較多。主網(wǎng)自主建設(shè)光纖或租用電信專線經(jīng)常被第三方施工挖斷。光纖反復(fù)挖斷后多次熔接，數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量受到嚴(yán)重影響。這樣很容易使得海下天然氣輸送管道，發(fā)生泄露產(chǎn)生嚴(yán)重后果。備網(wǎng)因受天氣和地理位置的影響，網(wǎng)絡(luò)傳輸不穩(wěn)定。

基于以上原因，目前應(yīng)用最多的就是SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系統(tǒng)，廣東某長(zhǎng)輸管道對(duì)SCADA系統(tǒng)傳輸方式進(jìn)行改造，采用5G技術(shù)實(shí)現(xiàn)自控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸與控制。改造后，網(wǎng)絡(luò)傳輸不受第三方施工的影響，自控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集速率明顯提高，控制反饋時(shí)間明顯縮短，提升了管道自動(dòng)化控制水平。讓天然氣運(yùn)輸數(shù)據(jù)的收集更加健全、更加精準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)燃?xì)庥脩?、天然氣管道、城市管網(wǎng)三位一體的智慧管理系統(tǒng)。

2.2 大數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用

為掌握管道高后果區(qū)及其周邊動(dòng)態(tài)變化狀況，有效的預(yù)警危險(xiǎn)事件的發(fā)生，以保證全天候的區(qū)域的安全可視，2020年廣東某輸氣公司計(jì)劃在原有視頻監(jiān)控平臺(tái)基礎(chǔ)上新增190路高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)。新建視頻監(jiān)控系統(tǒng)由于線路多且為高清畫質(zhì)，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸帶寬要求極高。另外，管道長(zhǎng)達(dá)300公里，沿線情況復(fù)雜，新建監(jiān)控點(diǎn)無法保證有專線到達(dá)。鑒于5G技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)帶寬高特點(diǎn)，項(xiàng)目選定利用5G技術(shù)實(shí)施應(yīng)用。項(xiàng)目實(shí)施后，解決了高清畫質(zhì)延長(zhǎng)、操作卡段等問題，全面提升管道管理裝備水平，加強(qiáng)管道高后果區(qū)管理機(jī)制的建設(shè)，為企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供基礎(chǔ)支持。

2.3 數(shù)據(jù)及時(shí)性應(yīng)用

為實(shí)時(shí)記錄并傳輸管道一線突發(fā)情況視頻，利用無線傳輸網(wǎng)絡(luò)，將音視頻圖像實(shí)時(shí)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，結(jié)合GIS/GPS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理和指揮，廣東某輸氣公司計(jì)劃應(yīng)用單兵作戰(zhàn)系統(tǒng)?？紤]的5G技術(shù)數(shù)據(jù)傳輸及時(shí)、準(zhǔn)確，選定無線傳輸網(wǎng)絡(luò)為5G技術(shù)實(shí)施。如圖1。

圖1 5G數(shù)據(jù)的傳達(dá)

5G技術(shù)延遲低的特性讓收集的數(shù)據(jù)能實(shí)時(shí)上傳，通過AI智能軟件系統(tǒng)進(jìn)行分析處理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常的數(shù)據(jù)。

2.4 覆蓋范圍廣應(yīng)用

長(zhǎng)輸管道一般設(shè)有閥井，閥井為密閉空間。如若閥井內(nèi)發(fā)生可燃?xì)怏w泄漏，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，對(duì)管道運(yùn)行有較大風(fēng)險(xiǎn)。為了保障生產(chǎn)安全，廣東某長(zhǎng)輸管道計(jì)劃在閥井內(nèi)安裝可燃?xì)怏w監(jiān)測(cè)終端設(shè)備，對(duì)閥井內(nèi)氣體泄漏情況進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)信號(hào)通過無線信號(hào)傳輸至可燃?xì)怏w在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)閥井泄漏情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控。閥室地處偏遠(yuǎn)，無相應(yīng)供電系統(tǒng)，檢測(cè)系統(tǒng)選裝至地表下方。如圖2。

圖2 長(zhǎng)輸管道的遠(yuǎn)程檢測(cè)

鑒于5G技術(shù)信息好強(qiáng)、覆蓋范圍廣的特性，項(xiàng)目選定利用5個(gè)技術(shù)開展無線信號(hào)傳輸方式。構(gòu)建了壓縮機(jī)組遠(yuǎn)程監(jiān)控與故障診斷技術(shù)服務(wù)平臺(tái)，利用全機(jī)電組織的運(yùn)行數(shù)據(jù)同時(shí)發(fā)送到管理中心，再以5G服務(wù)運(yùn)營(yíng)商提供了數(shù)據(jù)傳輸。提現(xiàn)了5G通訊技術(shù)的廣泛應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)的改革，得到了很大的提升革新。

5G通訊技術(shù)的革新發(fā)展，讓人們看到了5G應(yīng)用在機(jī)器人領(lǐng)域，廣連接、低延時(shí)、大帶寬的天然優(yōu)勢(shì)，遠(yuǎn)程操控和技術(shù)診斷能確保迅速反應(yīng)、可靠應(yīng)對(duì)。不僅如此，5G網(wǎng)絡(luò)提供的移動(dòng)寬帶網(wǎng)，也能夠支撐天然氣實(shí)景視頻直播的實(shí)時(shí)回傳和共享，滿足對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視，根據(jù)計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)構(gòu)建3D可視化視圖，生動(dòng)形象的展示天然氣輸送的運(yùn)行狀況，能讓長(zhǎng)輸天然氣管道的保養(yǎng)和管理一目了然，實(shí)現(xiàn)24h實(shí)時(shí)接收現(xiàn)場(chǎng)視頻信號(hào)。讓工作效率得到了很大提升。

3 結(jié)語(yǔ)

總之，智能化控制是工業(yè)時(shí)代的發(fā)展趨勢(shì)，是國(guó)家先進(jìn)生產(chǎn)力的體現(xiàn)，但在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，智能化控制技術(shù)卻存在難點(diǎn)，可靠性和安全性難以保證，而隨著5G技術(shù)的飛速發(fā)展，在其影響下，會(huì)不斷深化天然氣輸送業(yè)務(wù)進(jìn)程的自動(dòng)化、信息化、智能化，實(shí)現(xiàn)多用戶、多點(diǎn)、大量數(shù)據(jù)的協(xié)同組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)更快、更全收集，更快處理，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作，智能化控制將變得更具有“智慧”，提升了安全管理水平，前景一片光明。