自動化監(jiān)控技術(shù)在城市燃?xì)夤芫W(wǎng)智能化發(fā)展中的典型應(yīng)用

亳州市公用事業(yè)管理服務(wù)中心 劉宗

本文簡要概述了自動化監(jiān)控技術(shù)的作用，對城市燃?xì)夤芫W(wǎng)的智能化發(fā)展中的設(shè)備智能化、技術(shù)智能化以及管理智能化進(jìn)行了分析，重點(diǎn)探究了遠(yuǎn)程流量調(diào)節(jié)控制、遠(yuǎn)程壓力流量控制以及智能調(diào)壓等自動化監(jiān)控技術(shù)在城市燃?xì)夤芫W(wǎng)智能化發(fā)展中的典型應(yīng)用，期望通過分析其系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)、控制原理、系統(tǒng)功能以及應(yīng)用情況進(jìn)一步了解自動化監(jiān)控技術(shù)的特點(diǎn)與作用。

自動化技術(shù)以云技術(shù)為基礎(chǔ)，秉持大數(shù)據(jù)理念進(jìn)行自動化智能監(jiān)測工作。其能夠在很大程度上提高監(jiān)測的效率，獲得的分析數(shù)據(jù)更加精確，獲取數(shù)據(jù)的速度也更快，由于其突出的優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于各大領(lǐng)域中，在城市燃?xì)夤芫W(wǎng)智能化的發(fā)展中也發(fā)揮出了巨大作用。

1 自動化監(jiān)控技術(shù)概述

自動化監(jiān)控技術(shù)是隨著科技進(jìn)步出現(xiàn)的新興技術(shù)，其自動化的特點(diǎn)使其監(jiān)控功能更加強(qiáng)大，當(dāng)前自動化監(jiān)控技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)Ω鞔笙到y(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)與運(yùn)行設(shè)備實施全方位的監(jiān)控，逐一排查安全隱患，并發(fā)出預(yù)警，充分降低出現(xiàn)風(fēng)險的概率。其能夠在數(shù)據(jù)一體化的幫助下對漸變性的故障進(jìn)行預(yù)判，當(dāng)該故障發(fā)生惡化且判斷其趨勢即將到達(dá)故障上限時，系統(tǒng)則會自動報警，并將該故障的位置顯示出來，向工作人員提供詳細(xì)的資料，幫助其分析故障的根本原因。除了檢測設(shè)備故障之外，自動化監(jiān)控技術(shù)還可以監(jiān)控各大系統(tǒng)運(yùn)行流程，對其運(yùn)行的時間、運(yùn)行發(fā)生的變化等各種工況進(jìn)行監(jiān)測，提前判斷運(yùn)行異常的狀況并提醒工作人員進(jìn)行適當(dāng)?shù)卣{(diào)整。該技術(shù)完美利用了人工智能的相關(guān)技術(shù)，結(jié)合大數(shù)據(jù)的優(yōu)勢，讓各大領(lǐng)域中的系統(tǒng)智能化向前邁進(jìn)了一大步，將其工作質(zhì)量大幅提升。

2 城市燃?xì)夤芫W(wǎng)智能化發(fā)展

2.1 設(shè)備智能化

城市燃?xì)夤芫W(wǎng)通常根據(jù)其壓力被分成三大等級，分別為低壓、中壓以及高壓，在輸送天然氣時，通常由高壓向低壓輸送，高壓管網(wǎng)中的燃?xì)鉄o法直接提供給用戶使用，而是需要將其調(diào)整為低壓燃?xì)獠拍軌蜻M(jìn)行入戶，將燃?xì)鈴母邏赫{(diào)整至低壓的降壓過程需要依靠專業(yè)設(shè)備進(jìn)行，此類設(shè)備通常被稱為燃?xì)庹{(diào)壓站或減壓站，調(diào)壓器是其中的核心設(shè)備，控制著調(diào)壓工作的進(jìn)行，根據(jù)調(diào)壓的位置以及所調(diào)壓力的等級又能夠?qū)⒄{(diào)壓站分成多種站點(diǎn)，燃?xì)夤芫W(wǎng)燃?xì)鈧鬏敼ぷ鞯暮诵募礊檎{(diào)壓站，除了調(diào)壓站之外，燃?xì)夤芫W(wǎng)中較為重要的設(shè)備還有燃?xì)忾y門、管道等。隨著燃?xì)夤芫W(wǎng)智能化建設(shè)的推進(jìn)，其相應(yīng)的燃?xì)庠O(shè)備也被升級為智能化設(shè)備，為燃?xì)夤芫W(wǎng)的智能化發(fā)展帶來了堅實的后勤保障[1]。

2.2 管理智能化

城市燃?xì)夤芫W(wǎng)的管理也應(yīng)當(dāng)逐漸步入智能化，將新一代的大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計算技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等新型信息技術(shù)集中利用，將燃?xì)夤芫W(wǎng)的自動化程度大大提高，實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)可視化，科學(xué)地進(jìn)行決策支持。燃?xì)夤芫W(wǎng)可以利用監(jiān)控系統(tǒng)獲得海量數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并作出正確的決策，對管網(wǎng)中的各項燃?xì)鈹?shù)據(jù)以及運(yùn)行管理實施集成化控制，最終構(gòu)成智能管理平臺。實際進(jìn)行智能化管理時還可以設(shè)置適當(dāng)?shù)倪\(yùn)行參數(shù)，實現(xiàn)動態(tài)在線監(jiān)測并向工作人員進(jìn)行及時預(yù)警。在進(jìn)行智能化管理時需要對公共模型以及各項參數(shù)的統(tǒng)一存儲與管理，對數(shù)據(jù)進(jìn)行定期的全面維護(hù)，保證燃?xì)夤芫W(wǎng)得以正常運(yùn)行，讓燃?xì)夤芫W(wǎng)的工作更加規(guī)范，實現(xiàn)運(yùn)行和管理的一體化工作、擴(kuò)大其經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，將資源最大化利用起來。

3 典型應(yīng)用介紹

3.1 遠(yuǎn)程流量調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)

3.1.1 系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)的主要作用是確保城市的燃?xì)夤芫W(wǎng)能夠為下游的燃?xì)庥脩舭踩椒€(wěn)且連續(xù)地供氣，并在此基礎(chǔ)上對輸氣過程中的燃?xì)饬髁窟M(jìn)行準(zhǔn)確有效的控制，此類系統(tǒng)主要有三大組成部分，第一部分為SCADA調(diào)度中心的調(diào)流子系統(tǒng)，第二部分為通訊網(wǎng)絡(luò)，第三部分為現(xiàn)場調(diào)流工作的控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場調(diào)流工作的控制系統(tǒng)又由PLC(系統(tǒng)控制器）、電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及流量調(diào)節(jié)閥三大部分組成[2]。

3.1.2 控制算法

系統(tǒng)中的流量調(diào)節(jié)閥大多運(yùn)用電動類型的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，因此采取人工智能的方式取代PID算法控制流量能夠避免燃?xì)夤芫W(wǎng)在調(diào)流與限流時造成較大的周期性震蕩，對燃?xì)夤芫W(wǎng)中的設(shè)備以及燃?xì)庥脩魩聿涣加绊?。該系統(tǒng)使用方法為以合理的控制精度按照實際測量值與系統(tǒng)中設(shè)定值的偏差，把偏差的區(qū)間進(jìn)行分區(qū)處理，對不同的區(qū)間應(yīng)用對應(yīng)的調(diào)節(jié)速率，以確保其控制的準(zhǔn)確性。此類控制方式能夠避免用戶花費(fèi)大量的時間與精力在燃?xì)夤芫W(wǎng)的工況發(fā)生變化的時候以及被控流量產(chǎn)生變化時調(diào)整控制參數(shù)，將用戶的調(diào)節(jié)時間縮短在十分鐘之內(nèi)，確保其能夠達(dá)到系統(tǒng)中設(shè)定的流量值范圍，提高用戶用氣的方便性與快捷性。

3.1.3 應(yīng)用情況

該系統(tǒng)的設(shè)計介質(zhì)為非腐蝕性的氣體，當(dāng)其處于-20℃到60℃之間的環(huán)境溫度下時，能夠在分輸站、調(diào)壓站等多種工況下被廣泛地應(yīng)用。系統(tǒng)中的控制方式可以滿足本地、遠(yuǎn)程等多種控制需求，能夠進(jìn)行恒流、恒閥位供氣，并且系統(tǒng)可以提供4～20mA、RS485以及TCP/IP等多種通訊接口，其大多使用Modbus協(xié)議作為系統(tǒng)通訊協(xié)議。

3.2 遠(yuǎn)程壓力流量控制系統(tǒng)

3.2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

此類系統(tǒng)的組成部分主要有三大部分，第一部分為SCADA調(diào)度中心的壓力流量控制子系統(tǒng)，第二部分為通訊網(wǎng)絡(luò)，第三部分為現(xiàn)場壓力流量控制系統(tǒng)。其中現(xiàn)場類型的壓力流量控制系統(tǒng)的組成部分較多，除了緊急切斷閥、工作調(diào)壓器等部分，還包括閥門定位器、監(jiān)控調(diào)壓器以及各類監(jiān)控設(shè)備。此類結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)采用的供氣模式大多為兩用一備，除此之外，多用多備模式也應(yīng)用較多。因此現(xiàn)場類型的壓力流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)需要由多個調(diào)壓火車構(gòu)成，調(diào)壓火車的數(shù)量應(yīng)當(dāng)控制在三個以上，要求其擁有完全相同的結(jié)構(gòu)，并且以并聯(lián)的形式組合起來。為了更好地對壓力流量進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，需要使用具備高性能的監(jiān)控設(shè)備以及控制器對調(diào)壓過程中運(yùn)行的工作調(diào)壓器進(jìn)行同時控制，進(jìn)而有效控制調(diào)壓站正常的出口壓力，或者對調(diào)壓站應(yīng)有的總流量進(jìn)行高效調(diào)節(jié)。

3.2.2 系統(tǒng)原理

按照工藝要求，通常需要應(yīng)用失效關(guān)閉型也就是FC型的監(jiān)控調(diào)壓器與失效常開型也就是FO型的工作調(diào)壓器。當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時，執(zhí)行機(jī)構(gòu)志宏的定位器會根據(jù)系統(tǒng)控制器設(shè)定好的壓力與燃?xì)饬髁窟M(jìn)行自動開啟、關(guān)閉工作調(diào)壓器的工作，并將壓力與燃?xì)饬髁康牟▌涌刂圃谙到y(tǒng)設(shè)定的范圍之內(nèi)。一旦工作調(diào)壓器出現(xiàn)了故障且處于全部開啟狀態(tài)時，監(jiān)控調(diào)壓器則會啟動其監(jiān)控功能，按照系統(tǒng)設(shè)定好的壓力對其進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。如果監(jiān)控調(diào)壓器也出現(xiàn)了故障，則需要立刻切斷閥門，實施安全保護(hù)，當(dāng)燃?xì)獬隹诘膲毫Ω哂谙到y(tǒng)設(shè)定值時將會開啟自動切斷功能，確保下游用戶的供氣安全[3]。

3.2.3 系統(tǒng)功能

該系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)壓和調(diào)流的方式有兩種，一種為本地調(diào)節(jié)，另一種為遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)，本地的控制系統(tǒng)中為了給予用戶更多的選擇，增加了安全保護(hù)功能，提高了燃?xì)廨斉湔{(diào)度的可靠性與安全性。本地控制系統(tǒng)也增加了保護(hù)功能供用戶選擇，使得輸配調(diào)度更加安全可靠。其提供的調(diào)節(jié)模式也有兩種，一種為恒壓供氣，另一種為恒流供氣。當(dāng)其處于同一時刻時，只可以選擇調(diào)壓與調(diào)流中的某一種控制模式，但當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)壓工作時也能夠保護(hù)燃?xì)饬髁康纳舷夼c下限，形成在一定流量范圍之內(nèi)進(jìn)行調(diào)壓的功能，也可以在進(jìn)行調(diào)流工作時保護(hù)壓力的上限與下限，形成在一定壓力范圍之內(nèi)進(jìn)行合理調(diào)流的功能。此類系統(tǒng)中往往會配置專用監(jiān)控設(shè)備，例如，高清觸摸屏，將各類工況清晰、全面地顯示出來，各種調(diào)節(jié)方式與調(diào)節(jié)模式、調(diào)節(jié)閥進(jìn)出口時的壓力數(shù)據(jù)、反饋數(shù)據(jù)以及各類反饋信號、故障記錄都能夠在監(jiān)控設(shè)備中顯示出來。

3.2.4 應(yīng)用情況

當(dāng)前國內(nèi)已有諸多城市應(yīng)用了此類系統(tǒng)。此類系統(tǒng)能夠調(diào)節(jié)的最大壓力為10MPa，其在單路上調(diào)節(jié)的流量每小時超過20萬方，每小時能夠達(dá)到的站控流量為80萬方。由于其控制設(shè)備的組成部分具有較高的品質(zhì)，再與其專用控制技術(shù)結(jié)合起來，能夠使管網(wǎng)中壓力和燃?xì)饬髁康目刂凭冗_(dá)到1%。此類系統(tǒng)的主要應(yīng)用對象為天然氣，其在控制天然氣壓力與調(diào)節(jié)天然氣流量的工作上應(yīng)用較好，對于擁有多個氣源的地區(qū)而言，其還可以遠(yuǎn)程分配管理多氣源，并且保證分配管理的方便性。

3.3 智能調(diào)壓站

3.3.1 特點(diǎn)

與傳統(tǒng)調(diào)壓站比較而言，智能調(diào)壓站擁有的最大特征為其智能化，其可以實現(xiàn)智能監(jiān)控、數(shù)據(jù)動態(tài)管理，且在智能化技術(shù)的支持下確保調(diào)壓的安全與高效。在此基礎(chǔ)上設(shè)計開發(fā)的調(diào)壓站能夠在智能化技術(shù)的幫助下獨(dú)立地完成監(jiān)測、控制調(diào)壓站的工作，且在監(jiān)測與控制的過程中應(yīng)用自動化技術(shù)，提高監(jiān)測控制的效率。智能調(diào)壓站其自身運(yùn)用的監(jiān)控系統(tǒng)就能夠以本地、遠(yuǎn)程兩類不同的方式調(diào)節(jié)、控制燃?xì)鈮毫εc流量，并且在控制的同時監(jiān)控整個調(diào)壓站的運(yùn)行狀態(tài)。其具備的動態(tài)管理的特點(diǎn)指的是智能調(diào)壓站利用移動終端以動態(tài)應(yīng)答的方式對調(diào)壓站實際的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行采集，除了調(diào)壓站進(jìn)出口燃?xì)獾膲毫εc流量之外，還可以獲取閥位開度、故障報警等多方面的信息。在動態(tài)管理的幫助下，管理人員不用來到調(diào)壓站的現(xiàn)場就能夠?qū)φ{(diào)壓站的實際運(yùn)行狀態(tài)了如指掌，做到隨時隨地地掌控調(diào)壓站信息，既節(jié)省了工作時間，也為故障檢修減少了麻煩，還提高了監(jiān)控的效率。由于其具備動態(tài)管理的能力，因此可以利用此項功能，適當(dāng)減少工作人員在調(diào)壓站的現(xiàn)場巡檢，大大減輕了人力負(fù)擔(dān)，優(yōu)化了企業(yè)的人力資源結(jié)構(gòu)，節(jié)省了人力成本，為企業(yè)帶來了更多的選擇，智能調(diào)壓站中設(shè)置了多重安全預(yù)警功能以及安全保護(hù)的相關(guān)功能。例如增加壓力報警的數(shù)量，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)出警報時，其發(fā)出的警報信號會在第一時間輸送至管理人員的設(shè)備上，使管理人員在第一時間獲得故障現(xiàn)場的信息，及時進(jìn)行故障應(yīng)對。除此之外，智能調(diào)壓站還可以實現(xiàn)超壓自動切斷功能，同時其具備欠壓人為切斷功能。因此總體而言，智能調(diào)壓站的安全性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)調(diào)壓站[4]。

3.3.2 功能原理

智能調(diào)壓站為了實現(xiàn)更高效快捷的工作，將閥位變送器連接在調(diào)壓器上，并將其另一端與控制器相連。因此開啟或者關(guān)閉燃?xì)庹{(diào)壓器閥芯時，設(shè)置于閥位變送器的探測桿將會跟隨閥芯的移動進(jìn)行同步運(yùn)動，該探測桿連接著位移傳感器，在此基礎(chǔ)上，閥位開度的相關(guān)信號能夠被轉(zhuǎn)換成電子信號，方便控制器識別與傳遞，控制器連接著調(diào)壓器的進(jìn)出口管路，因此調(diào)壓器進(jìn)出口的燃?xì)鈮毫σ材軌虮豁樌麢z測。智能調(diào)壓站能夠通過信號傳輸?shù)姆绞绞怪悄鼙O(jiān)控平臺連接上調(diào)節(jié)控制器，無論使用有線方式還是無線方式，都能夠通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)連接，進(jìn)而實現(xiàn)平臺監(jiān)控，在監(jiān)控平臺的幫助下，調(diào)壓器進(jìn)出口的燃?xì)鈮毫Λ@得了妥善的設(shè)定，其繪制的調(diào)節(jié)曲線也能夠取得理想中的效果。智能調(diào)壓站中還具有氣動控制單元，作為新增加的單元，其能夠有效調(diào)節(jié)彈簧壓力，并對螺栓進(jìn)行調(diào)整，與此同時，智能調(diào)壓站還可以對CS導(dǎo)閥下腔壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過該處的變化調(diào)整調(diào)壓器燃?xì)獬隹趬毫Γ话銇碚f，調(diào)壓器的燃?xì)獬隹趬毫閺椈蓧毫虲S導(dǎo)閥下腔實際壓力相加，其數(shù)值基本一致。將彈簧壓力設(shè)置為調(diào)壓器中起到保障作用的最低壓力，則不再需要對彈簧的壓力進(jìn)行重復(fù)設(shè)定，想要改變出口壓力時，只需要對CS導(dǎo)閥下腔實際壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)即可。CS導(dǎo)閥下腔實際壓力的控制需要依靠其他措施進(jìn)行，為了實現(xiàn)有效壓力控制，需要在其單元中科學(xué)設(shè)置進(jìn)氣與排氣的電磁閥。開啟進(jìn)氣電磁閥時，導(dǎo)閥下腔實際壓力會逐漸增加，進(jìn)而增大調(diào)壓器中燃?xì)獾某隹趬毫?。而開啟排氣電磁閥時，導(dǎo)閥下腔實際壓力則會隨之下降，進(jìn)而降低調(diào)壓器中燃?xì)獾某隹趬毫?。?dāng)前主要選取時間比例的算法作為調(diào)節(jié)出口壓力的控制算法。智能調(diào)壓站中應(yīng)用的通訊模塊還具有接收遠(yuǎn)程限流指令的功能，調(diào)流過程中的瞬時流量值比系統(tǒng)設(shè)定的限流值高時，系統(tǒng)控制器將會輸送降壓指令到控制模塊中，控制模塊接收到相應(yīng)指令后將會將排氣電磁閥快速開啟，降低CS導(dǎo)閥下腔的實際壓力，進(jìn)而使其出口壓力下降，使閥芯向下關(guān)閉，降低調(diào)壓器流量，使遠(yuǎn)程限流功能得以實現(xiàn)。

4 結(jié)語

總而言之，自動化監(jiān)控技術(shù)能夠在很大程度上提高監(jiān)測的效率，其獲得的分析數(shù)據(jù)更加精確，獲取數(shù)據(jù)的速度也更快，在城市燃?xì)夤芫W(wǎng)智能化的發(fā)展中發(fā)揮出了巨大作用。遠(yuǎn)程流量調(diào)節(jié)控制、遠(yuǎn)程壓力流量控制以及智能調(diào)壓站是自動化技術(shù)在城市燃?xì)夤芫W(wǎng)智能化發(fā)展中的典型應(yīng)用，其充分反映了自動化監(jiān)控技術(shù)的智能、高效與便捷，從其實際應(yīng)用能夠看出自動化監(jiān)控技術(shù)在城市燃?xì)夤芫W(wǎng)的智能化發(fā)展中功不可沒。