▋應(yīng)用背景

在我國經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的今天，管道運(yùn)輸已成為社會(huì)進(jìn)步不可或缺的一環(huán)，廣泛應(yīng)用于國防、工業(yè)、生產(chǎn)、國民經(jīng)濟(jì)、人民日常生活中。隨著石油和天然氣產(chǎn)量和需求量的劇增，管道運(yùn)輸已成為陸上油氣運(yùn)輸?shù)闹饕绞?，以其運(yùn)量大、占地小、封閉運(yùn)輸損耗低等優(yōu)越性而成為首選。管道是石油工業(yè)的命脈，所有的石油產(chǎn)品至少要經(jīng)過一次管道輸送，通常經(jīng)過多次輸送。同時(shí)天然氣、自來水管道等也已經(jīng)成為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈，但隨著城市管線的增多，管齡的增長，由于施工缺陷、管線腐蝕老化和人為破壞的存在，泄漏事故頻頻發(fā)生，給人們的生命財(cái)產(chǎn)和生存環(huán)境造成了巨大的威脅。

石油管道具有管徑大，壓力高及輸送量大的特點(diǎn)，由于管道防腐覆蓋層逐漸老化，突發(fā)性的自然災(zāi)害，以及人為的打孔盜油現(xiàn)象，導(dǎo)致石油泄漏時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重地威脅了石油管道輸送線路的安全，并導(dǎo)致了原油損失，環(huán)境污染以及停產(chǎn)停輸?shù)纫幌盗袊?yán)重后果。  

傳統(tǒng)的對(duì)石油管道泄漏進(jìn)行檢測(cè)的方法往往是通過探測(cè)儀和人力巡邏的方法，由于依靠人力，不能實(shí)時(shí)對(duì)石油管道進(jìn)行全面監(jiān)控，所以并不能有效地保證管道線路的安全運(yùn)輸，可采用基于無線通信終端的石油管道在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，使得泄漏能被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，并采取補(bǔ)救措施，從而達(dá)到降低企業(yè)經(jīng)濟(jì)損失，減少環(huán)境污染的目的。

▋系統(tǒng)概述

石油管道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是結(jié)合了以往的一些監(jiān)測(cè)方法而研發(fā)的一種可靠的比較容易操作的新型的管道監(jiān)控系統(tǒng)。主要有精確定位和智能化監(jiān)測(cè)。

(1)泄漏地點(diǎn)的精確定位

系統(tǒng)對(duì)管道運(yùn)行狀況進(jìn)行分類識(shí)別，迅速準(zhǔn)確預(yù)報(bào)出管道運(yùn)行情況，監(jiān)測(cè)管道運(yùn)行故障，具有較強(qiáng)的抗惡劣環(huán)境和抗噪聲干擾的能力，且能適應(yīng)負(fù)責(zé)的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。

(2)智能化監(jiān)測(cè)

系統(tǒng)建立了一個(gè)詳盡的知識(shí)庫，知識(shí)庫中記錄了泄漏何各種狀況信息，對(duì)每種工作狀況提取若干特征點(diǎn)，這些特征點(diǎn)準(zhǔn)確記錄了相關(guān)信息，當(dāng)出行異常時(shí)，系統(tǒng)將狀況與知識(shí)庫中的原始狀況進(jìn)行對(duì)比，從而確定當(dāng)前是否存在潛在的問題。

系統(tǒng)采用了基于3G/4G網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程測(cè)控終端等硬件設(shè)備和工業(yè)監(jiān)控組態(tài)軟件構(gòu)成。系統(tǒng)大致分為中控室的服務(wù)器、工程師站和操作員站，各油田管道閥室的遠(yuǎn)程測(cè)控終端DTU/RTU，通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)一些測(cè)控儀表部分。其主要結(jié)構(gòu)由中心服務(wù)器管理系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、遠(yuǎn)程測(cè)控終端DTU/RTU和采集終端等四級(jí)組成。系統(tǒng)框圖如下：

系統(tǒng)采用以計(jì)算機(jī)為核心的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。在調(diào)度中心設(shè)置控制系統(tǒng)，并設(shè)置了一套主站3G/4G DTU/RTU構(gòu)成的油田管道遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)?？稍谡{(diào)度中心完成對(duì)石油管道線路控制系統(tǒng)進(jìn)行診斷、監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集的任務(wù)。

▋石油管道閥室的相關(guān)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

閥室侵液報(bào)警和門禁開關(guān)等均為開關(guān)量的監(jiān)控，管溫、管壓、地溫、可燃?xì)怏w濃度、蓄電池電量等一體化變送器的采集具有上下限限位保護(hù)、突發(fā)報(bào)警、定時(shí)上傳發(fā)送等功能。

（1）系統(tǒng)功能：

油田管線閥室遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主要功能由供電、無線通信、數(shù)據(jù)監(jiān)控、隔離保護(hù)、計(jì)算機(jī)集中監(jiān)控五部分完成。

(2) 供電：

由于油田石油管線閥室位置比較特殊，都在荒郊野外且現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境比較惡劣，均為無人值守的地方，且現(xiàn)場(chǎng)各閥室都沒有照明電路，所以閥室內(nèi)儀表及控制柜電源均采用太陽能充電、蓄電池供電方式。

(3) 通信部分：

目前石油管線距離比較長。閥室分布比較分散，由于通信距離較遠(yuǎn)，系統(tǒng)采用無線3G/4G網(wǎng)絡(luò)。實(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)在人員、控制中心和設(shè)備間的互通互傳，使技術(shù)人員和管理人員無論在任何地方都可以得到每個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的數(shù)據(jù)，并可以進(jìn)行及時(shí)響應(yīng)。

3G/4G DTU/RTU是一種安裝在遠(yuǎn)程現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)控單元裝置，負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)、工業(yè)設(shè)備的監(jiān)測(cè)和控制。它將測(cè)得的狀態(tài)或信號(hào)轉(zhuǎn)換成可在通信媒體上發(fā)送的數(shù)據(jù)格式傳到中心服務(wù)器，同時(shí)還將從中心服務(wù)器發(fā)送來的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成命令，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的功能控制。在生產(chǎn)過程自動(dòng)化裝置中，遠(yuǎn)程測(cè)控終端DTU/RTU充分體現(xiàn)了“測(cè)控分散、管理集中”思路，它在提高信號(hào)傳輸可靠性、減輕主機(jī)負(fù)擔(dān)、減少信號(hào)電纜用量、節(jié)省安裝費(fèi)用等方面的優(yōu)點(diǎn)。

（4）數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程控制：

油田石油管線閥室遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)選用3G/4G DTU/RTU系統(tǒng)，完成對(duì)閥室無人值守站數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)控制、參數(shù)存儲(chǔ)、實(shí)時(shí)通訊、故障報(bào)警等功能?？瑟?dú)立完成本地控制，也可受控于監(jiān)控中心。

（5）數(shù)據(jù)采集：

將各站的管道壓力、管道溫度、地溫、蓄電池電量、可燃?xì)怏w濃度及流量、閥室門禁和進(jìn)水開關(guān)啟停狀態(tài)、報(bào)警參數(shù)、巡檢記錄等上傳至中央監(jiān)控中心。

（6）監(jiān)控部分：

接受監(jiān)控中心的命令，可通過主站DTU/RTU對(duì)遠(yuǎn)端閥室DTU/RTU進(jìn)行時(shí)間、參數(shù)和程序的設(shè)定，主動(dòng)數(shù)據(jù)上傳顯示等。

（7）參數(shù)存儲(chǔ):

存儲(chǔ)累計(jì)流量、故障參數(shù)和其它管道壓力、溫度等重要參數(shù)，可導(dǎo)出歷史記錄。（8）故障報(bào)警:

完成運(yùn)行參數(shù)的越限報(bào)警、防盜報(bào)警、以及設(shè)備的自診斷報(bào)警。

（9）歷史記錄：

用戶可以根據(jù)時(shí)間段來搜索歷史記錄；

歷史記錄將以曲線形式繪制在窗口上面，歷史記錄可以列表的形式顯示在窗口下面，通過歷史記錄可以查看設(shè)備運(yùn)作狀態(tài)和相關(guān)趨勢(shì)；

同時(shí)查詢的歷史記錄可以導(dǎo)出為EXCEL表格。

▋結(jié)論

在油田管線閥室監(jiān)控系統(tǒng)項(xiàng)目工程中，由于通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳部分采用無線3G/4G DTU/RTU終端 ，傳感器采集到的數(shù)據(jù)和客戶端設(shè)備采集的圖像、視頻等參數(shù)通過3G/4G DTU/RTU 傳輸?shù)椒?wù)器控制中心，控制中心負(fù)責(zé)對(duì)所有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)和報(bào)警信息進(jìn)行保存、管理，經(jīng)過分析判斷，將指令通過無線3G/4G DTU回傳給各個(gè)子監(jiān)控點(diǎn)。通過這樣的監(jiān)測(cè)技術(shù)，工作人員可及時(shí)發(fā)現(xiàn)泄漏、盜竊等情況，能迅速采取措施，從而大大減少利益損失。使得系統(tǒng)的閥室實(shí)現(xiàn)了無人職守監(jiān)控自動(dòng)化，提高了整個(gè)管線系統(tǒng)的安全性和自動(dòng)化水平．減輕了工人巡查的勞動(dòng)強(qiáng)度，計(jì)量更加準(zhǔn)確，延長了設(shè)備運(yùn)行周期。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和環(huán)保等要求的提高，石油行業(yè)進(jìn)一步改善集中控制效果，提高效率，實(shí)現(xiàn)集散控制是社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)。