EIS管道監控設計與實現

孫偉楠　于東林　王春雷

摘 要：為解決管化工道存在的跑、冒、滴、漏等問題，本文研發出EIS（Engineering Information System）管道監控系統，通過挖掘工程設計信息，對現有的工程建設圖紙、工藝生產資料、竣工驗收資料進行收集、整合、錄入，建立EIS管道安全數據庫。使用ATmegal28L微處理器對數據預處理，采用Zabbix對歷史數據抽查處理，利用伴檢監控模式，并利用現代網絡技術進行信息處理，形成PC端、移動端對管線實時監控。

關鍵詞：EIS;數據庫;伴檢監控;ATmegal28L;Zabbix;信息處理

中圖分類號：TG174.37文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2018）26-0020-03

1 研究背景

管道運輸作為五大運輸業之一，在生產生活中起著至關重要的作用。據不完全統計，我國石油化工、煤化工、醫藥化工等工藝管道總長度累計在100萬km以上，各類連接法蘭達560萬個以上，管道閥門達320萬個以上。

室內外管道、法蘭和閥門造成的生產事故情況如下：①管道連接受自重、風載荷等長期作用，焊口、法蘭處可能發生蠕變，造成管道滲漏;②管道在保溫狀態下，保溫層長期使用被破壞，雨水、融化的雪水滲透到保溫層內，增加管道的重量，腐蝕管道，造成管道、法蘭、閥門腐蝕，導致“跑、冒、滴、漏”;③非保溫管道，防腐層破壞，造成管道、法蘭、閥門腐蝕，導致“跑、冒、滴、漏”;④積雪等自然條件使管道承載、受風面積增大，管道的安全穩定性受到影響，管道連接的法蘭、閥門的緊固性與密封性受到嚴重影響，同時自然條件還可以改變管道內物料的保溫狀態，使管道輸送物料產生一定的溫度梯度，從而可能影響生產質量，引發安全生產事故;⑤管道的意外、人為或其他因素破壞。

2 EIS的基本構成與實現

2.1 基本構成

EIS管道監控系統由四部分構成：EIS管道安全數據庫、伴檢系統、信息處理統統和用戶端使用系統。以Zabbix抽查問題節點數據;4G無線網絡ATmegal28L微處理器對數據進行預處理;通信衛星對數據進行收發[1-3]。

2.2 設計與實現模式

2.2.1 復合式監控系統

2.2.1.1 視頻監控系統。基于目標建模檢測分析，檢測泄漏點泄露特征和是否達到報警值范圍。通過監測到的位置測繪圖像，對該點的特征圖像進行分析、處理。該裝置采用微型高清紅外夜視攝像儀，對管道進行全天監控，攝像儀在伴檢管線的保護下，減少了自然環境對設備裝置的損壞，延長了設備的使用壽命。

攝像儀通過視角變換，達到對所監控的管道閥門、法蘭及易泄漏位置的全方位監控，并且可通過拍照功能對被監控部分進行拍照，再由后臺對所拍照片進行精密分析，以達到對泄漏情況的判斷。多角度攝像頭結構原理如圖1所示。

2.2.1.2 超聲波監控系統。利用超聲波監測，可發現細微的泄漏點，提早對泄露點進行分析，有效預防泄露事故的發生。超聲波感應器結構及處理流程圖如圖2所示。

2.2.2 信息處理系統。所采集的信息通過伴檢管線將信息及時傳輸至緩沖數據庫。一方面，緩沖數據庫通過其預判功能，將采集的信息轉變為泄漏等級，泄漏等級評估將會以APP推送的模式推送至用戶手機，以便用戶在第一時間得到泄漏情況，并且可以及時安排有效的維修方案。另一方面，泄漏信息會回流至EGP地下管道安全數據庫，進一步完善EGP地下管道安全數據庫。

2.2.3 用戶使用系統。①PC端主要用于用戶對地下管道的實時監控，主要以后臺工作室為主;②移動端主要用于巡檢員對所監控的管線進行實時監控。

2.2.4 伴檢系統設計。伴檢監測系統由信號傳輸線纜、伴檢管線、紅外攝像監控、傳感器、監控運行軌道等組成，其主要適用于對管線工況進行實時監控。伴檢監控三維模擬如圖3所示。

3 EIS數據庫的信息錄入

通過對廠區內各生產單元全方位的統計，將各生產單元初建設施、工程施工情況等信息錄入系統，實現對工程設計信息的全方位掌控。對已有管線搭建過程中的工程建設圖紙、工藝、竣工驗收技術資料進行整合錄入，如圖4所示，并建立EIS管道安全數據庫。

4 EIS的數據采集與處理

4.1 管道數據采集

利用伴檢監控模式，對管線工況進行實時監控，對采集的數據進行雙向處理，一方面有效的數據回流至EIS管道安全數據庫，另一方面反饋至PC、移動端。工作人員可根據生產工藝工況，對數據進行對比分析處理，把數據庫遺漏信息率降至最低。

使用工業級RFID數據采集器，內裝WINCE、Windows Mobile系統，采用高性能激光掃描引擎、高速CPU處理器，具有防水、防潮及抗擠壓的性能。

4.2 采集信息PC處理技術

同一時間會采集大量數據，但由于采集的數據為ASCⅡ碼，通過數據模塊轉化成可閱讀的數據，對大量的數據里夾雜的部分數據噪聲進行可視化分析、規劃、整合，將處理后的結果以直觀的方式展現在移動端、PC端的控制面板上。

控制面板以Zabbix為主，通過Agent或者SNMP收集相關監控數據，然后儲存到數據庫中通過前臺展示。當出現問題時，可通過前臺獲取歷史數據進行分析。獲取歷史數據有兩種方式：①通過Zabbix前臺獲取數據;②通過前臺獲取的數據進行處理和二次查詢會被多次限制，因此可通過SQL語句直接從后臺DB查詢數據。常用查詢方法為：

[1SELECTALLDISTNCTSlelect_ListINTONew_Table_name2FROMTable_nameView_name，table2_nameview2_name3，…4WHERT Ssrch_conditions5GTOUP BY Group_by_list6HAVING Serch_conditions]

4.3 數據導入及對比

EIS是基于GIS的又一個創新，GIS可對工程地理信息進行處理，EIS則是對工程設計信息進行整合，都是將采集的信息數據錄入系統[4]。

4.4 分析結果報告與顯示

同比數據分析如圖5所示。圖5為1h內采集數據的波動情況，通過對數據波動的幅度差進行分析，將比率符合標準的數據錄入EIS數據庫，保證數據庫的不斷更新和優化。

5 EIS數據的監控應用

5.1 4G無線網絡

采用ATmegal28L微處理器并在其中安裝ZigBee網絡通信芯片CC2430以及4G無線網絡通信芯片EM-560。CC2340芯片接收到監控數據后，首先由嵌入式數據預處理軟件進行格式轉換和匯總處理，EM-560芯片再將預處理后的數據通過4G無線網絡發送給衛星通信終端。

5.2 通信衛星

通過專用衛星通信終端與通信衛星進行數據收發，在衛星通信終端中部署北斗衛星通信天線、太陽能電池板、VSAT小站通信天線、信號處理機及其他功能電路元件，能與北斗衛星、中國通信衛星等進行通信。通信衛星將接收到的管道監控數據發送至地面接收站，并存儲在接收站的EIS管道安全數據庫中[5]。

6 結論

本文提出了一套較為完整的管道實時監控可視化實現方案。該設計運用伴檢監控模式，通過各系統之間的配合，對數據進行分析、比較，可視化分析泄露數據是否達到報警值，報警、預警等信息的可視化是洞察管道運行是否有異常狀態的關鍵。以ATmegal28L微處理器作為系統全面運行的基礎，使硬件與軟件實現技術上的結合，具有實時巡檢、主動報警、及時報警、信息聯動、低成本和低消耗等特點，可迅速、準確地找到泄漏點位置。同時，采用模塊化設計的思想，具有良好的可擴展性，系統所有功能模塊采用模塊化方式進行設計與實現，模塊間以松耦合方式進行業務數據與控制信息交換，具有較高的可延展性、可維護性、應用性。

參考文獻：

[1]Feng X. Design and Implementation of Remote Health Monitoring System for 3D Visual Bridge[J]. Procedia Engineering， 2017（174）：1330-1335.

[2]姚得利.基于GIS技術的建筑實時監控系統的設計與實現[D].長春：吉林大學，2014.

[3]王歆洵. 基于物聯網的污水監控系統設計[D].南京：南京理工大學，2017.

[4]Dennis R M，Flavin P，Davies G J. Online R&D Management： the Way Forward[J]. R & D Management，1998（1）：27-35.

[5]高南虎.基于安卓的遠程監控系統的設計與實現[J].科技風，2018（20）：77.