輸氣管道閥室RTU改造技術應用

樊崇崇

摘 要：本文主要介紹了對天然氣管道手動閥室進行RTU改造的相關技術應用，通過對閥室進行RTU改造，實現遠程監控閥室設備和數據的目的，提高生產監控和應急搶險效率，具有極高的應用價值。

關鍵詞：輸氣管道；手動閥室；RTU改造；遠程監控

天然氣管道沿線閥室所處位置一般比較偏僻，人員不易到達，尤其手動閥室只能通過人員現場巡查才能了解閥室情況，一旦出現緊急情況不易實施應急措施，對人員財產構成極大威脅。通過將手動閥室改造為RTU閥室，能夠實現設備和數據的遠程監控功能，從而提高管道運營的安全性。

1 RTU系統功能及總體結構

1.1 基本功能

針對天然氣管道閥室功能特點，一般情況下具有遠程監控功能的RTU閥室應滿足以下要求：

（1）遠程監測閥室的管道壓力、閥位等參數；

（2）遠程監測閥室的可燃氣體濃度報警信息；

（3）遠程控制閥室的氣液聯動閥開關閥；

（4）遠程讀取硬件設備（主要是氣液聯動閥電子控制單元）的工作參數；

（5）調控中心服務器自動與閥室遠程采集控制單元RTU進行數據查詢等操作，保證系統數據的實時性、有效性。

1.2 總體結構

RTU閥室遠程監控系統可以分為閥室數據采集及傳輸設備、后臺接收平臺、后臺數據管理系統和與SCADA系統的數據接口等，系統總體結構如圖1.1所示。從閥室獲得的數據，通過無線網絡傳輸到數據遠傳系統管理服務器，管理服務器通過內部網絡與SCADA系統交換數據，各級工作人員可通過SCADA系統監視閥室的運行數據。

2 閥室端RTU系統改造實現

閥室RTU改造需要增加必要的控制設備，主要完成數據的采集與傳送，并接收控制命令進行開關閥的動作，RTU改造需在閥室安裝的硬件設備主要有：遠程測控終端單元（RTU）和供電單元（包括太陽能電池板、蓄電池）、高增益天線、壓力變送器、可燃氣體報警器等，考慮到工作環境為易燃易爆場所，所有設備均安裝在隔爆箱內。

2.1 閥室遠程測控終端RTU功能

遠程測控終端（RTU）是以計算機為核心的數據采集和控制小型裝置，它具有編程組態靈活、功能齊全、通信能力強、維護方便、自診斷能力強，可適應惡劣的環境條件、可靠性高等特點。其主要功能如下：

（1）解析氣液聯動閥電子單元的所有Modbus指令，以ASCII或RTU數據格式存儲。

（2）實時回傳現場數據，含當前壓力，平均壓力，平均壓降，氣液聯動閥電子單元設備電壓、閥室監控單元蓄電池電壓、閥室監控單元太陽能電池電壓等。

（3）實時檢測氣液聯動閥電子單元報警、事件，如有則立刻回傳事件數據。

（4）實時檢測閥位信息，如有變化則立刻回傳。

（5）實時檢測氣體泄漏報警器信息，如有報警則立刻回傳。

（6）命令控制輸出多路12V/24VDC，可實現遠程開關閥門。

（7）無線傳輸功能：自帶GPRS/GSM發送模塊能夠通過無線網絡實現數據傳輸。

（8）智能電源管理功能：控制太陽能電池對蓄電池充電和防過充。實時監測蓄電池電壓，欠壓時自動保護。

2.2 電源設計

輸氣管道閥室一般遠離居住區，通過外部引入電源比較困難，因此電源設計應采用太陽能電池板+蓄電池組的方式，為整個閥室閥室遠程采集控制單元提供電源。當蓄電池電壓低于設定值時太陽能電池對蓄電池進行充電，高于設定值時停止充電。為了保證系統在陰雨天氣能夠正常運行，電源設計要求能在太能能電池板無法充電的情況下，蓄電池組能連續提供電能5天或以上。

2.3 通信方式

因閥室所處位置偏僻，在沒有專線通信情況下，RTU改造宜選擇無線網絡連接方案，即采用運營商GPRS/CMDA無線公用網絡。RTU閥室數據傳輸主要通過以下方式實現：

（1）閥室遠傳單元數據能夠以GPRS/CDMA移動通訊方式連接訪問信息網中的后臺服務器，完成對數據采集傳輸應用。

（2）數據遠傳系統管理服務器管理記錄各個閥室的運行歷史數據，并進行定期統計打印等功能。

（3）數據遠傳系統管理服務器接收安裝在各閥室遠傳單元通過GPRS通道或CDMA網絡傳來的現場信息。

（4）閥室遠傳單元實時或定時向數據遠傳系統管理服務器發送獲得的管線壓力、電池電壓、壓降速率等運行數據，現場信號傳輸采用GPRS通信。

（5）公共無線通訊網：采用GPRS或CDMA網絡。

（6）與SCADA系統的數據連接：后臺服務器通過網絡或者串口連接到SCADA系統中，使調控中心能夠獲取各閥室的工況并對其進行控制。

3 調控中心管理軟件實現

調控中心采集RTU閥室數據需安裝專用數據接收服務器和數據管理服務器，閥室RTU終端通過無線網絡將數據傳輸到指定的數據接收服務器IP端口，數據接收服務器將數據通過RS232或RS485串口傳輸到數據管理服務器上，從物理上保證了數據傳輸的安全性，數據管理服務器對數據進行解包處理以圖形界面形式顯示，并記錄相關運行數據，同時服務器將閥室數據通過網絡傳輸到SCADA系統中進行顯示及控制。

典型RTU閥室后臺服務管理軟件架構一般采用面向對象的設計方法，按照閥室單元、間隔進行數據劃分和定義，方便進行二次開發或擴展應用，此外采用RS232、RS485或TCP/IP接口，支持Modbus通訊協議，能夠實現與SCADA系統通訊，系統采用全圖形化界面，圖形符號符合IEC及國家標準。

通過監控軟件可實時查詢閥室干線截斷閥上、下游壓力、可燃氣體濃度、Lineguard電子控制單元參數以及設備報警、日志等，能夠遠程控制干線截斷閥進行開、關操作，極大提高了閥室的實時監控能力。

4 結語

經過RTU改造后，調控中心能夠實現對閥室運行壓力、可燃氣體濃度等的實時監控和干線截斷閥遠控功能，大大提高管道運營的安全性，降低人員的勞動強度，保證生產數據上傳的及時性和準確性，進一步提高生產管理水平。因此，RTU改造技術正越來越多地應用于輸（油）氣管道生產中，具有極高的推廣和應用價值。

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