燃?xì)庵悄芑c燃?xì)釹CADA系統(tǒng)在燃?xì)獍踩芾碇械膽?yīng)用

杜雪峰（中國(guó)石油管道局工程有限公司管道投產(chǎn)運(yùn)行分公司，河北 廊坊 065000）

1 智慧燃?xì)庠诿焊臍鈼l件下的重要性以及必要性

隨著城市化、工業(yè)化推進(jìn)，我國(guó)煤炭消耗量巨大，使得大氣污染問(wèn)題日趨嚴(yán)峻。尤其是到了冬季，霧霾頻襲，供暖期的煤炭燃燒以及散煤排污更是讓天氣狀況雪上加霜。

2013年“大氣十條”明確提出，“優(yōu)化天然氣使用方式，新增天然氣應(yīng)優(yōu)先保障居民生活或用于替代燃煤”。2017年，環(huán)保部(現(xiàn)為生態(tài)環(huán)境部)聯(lián)合京津冀豫魯晉六地政府發(fā)文，將“2+26”城市列為北方地區(qū)冬季清潔取暖規(guī)劃首批實(shí)施范圍。受此影響，一場(chǎng)為了打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)的“煤改氣”運(yùn)動(dòng)開(kāi)始大范圍進(jìn)行推動(dòng)。

2017 年煤改氣的大范圍推進(jìn)造成了很多地方出現(xiàn)嚴(yán)重的氣荒現(xiàn)象，而且隨著城市燃?xì)夤芫€里程急劇增加。對(duì)于燃?xì)獾恼{(diào)控以及安全也隨之越來(lái)越受到重視，如何統(tǒng)籌管理管網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)以確保燃?xì)獍踩綉簦_保燃?xì)夂侠碚{(diào)配成為燃?xì)夤芾淼闹鲬?zhàn)場(chǎng)。

基于以上原因，利用現(xiàn)在成熟的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)云計(jì)算技術(shù)、人工智能技術(shù)打造的智慧化燃?xì)夤芾硐到y(tǒng)便成為燃?xì)夤芾碚邔?duì)于燃?xì)夤芫W(wǎng)管理的核心。本文重點(diǎn)以SCADA系統(tǒng)為切入點(diǎn)探討自動(dòng)控制技術(shù)對(duì)于城市燃?xì)夤艿腊踩约靶б娣矫娴母倪M(jìn)措施及具體建議。

2 城市燃?xì)庵悄芑攸c(diǎn)以及城市燃?xì)夤芾砣蝿?wù)

2.1城市燃?xì)庾詣?dòng)化的特點(diǎn)

城市燃?xì)夤芫W(wǎng)分為三個(gè)壓力等級(jí)，即高壓、中壓和低壓。高壓燃?xì)庥糜陂L(zhǎng)輸不能直接入戶使用，必須降低成低壓才能給用戶使用使用。而這種從高壓降到低壓的過(guò)程不能依靠自主降壓來(lái)完成，需要通過(guò)一套完整的裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種裝置就稱為燃?xì)庹{(diào)壓站或稱為燃?xì)鉁p壓站。而調(diào)壓站的核心設(shè)備是調(diào)壓器。燃?xì)庹{(diào)壓站根據(jù)其位置和壓力等級(jí)，又分為城市門(mén)站、分輸站、高壓調(diào)壓站、中壓調(diào)壓站、中低壓調(diào)壓站等。因此，不同于長(zhǎng)輸管網(wǎng)站場(chǎng)以過(guò)濾、分輸、計(jì)量、調(diào)壓為主要目的，城燃場(chǎng)站以調(diào)節(jié)壓力為核心。因此對(duì)于壓力的監(jiān)控確保城市燃?xì)獍踩闹刂兄亍?/p>

城市燃?xì)庵悄芑ㄔO(shè)以企業(yè)現(xiàn)有的自動(dòng)化、信息化平臺(tái)為基礎(chǔ)，對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)容和改造，搭建智慧化安全管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)全方位遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)控、安全報(bào)警預(yù)警、安全應(yīng)急指揮調(diào)度、安全業(yè)務(wù)管理、辦公管理等內(nèi)容。從而完成對(duì)于管網(wǎng)的智慧化管理以及運(yùn)維。

2.2城市燃?xì)獾陌踩芾砣蝿?wù)

城市燃?xì)獾闹攸c(diǎn)是安全供氣。實(shí)現(xiàn)安全供氣，一部分是保障燃?xì)夤芫€重要設(shè)備及設(shè)施的安全，另一部分是保障燃?xì)夤芫W(wǎng)的運(yùn)行安全。對(duì)于管網(wǎng)設(shè)備及設(shè)施的管理，常用的是設(shè)備管理系統(tǒng)以及地理信息系統(tǒng)。保障燃?xì)夤芫W(wǎng)中燃?xì)獾倪\(yùn)行安全，目前最常用的方法是通過(guò)燃?xì)夤芫W(wǎng)的SCADA（監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集）系統(tǒng)來(lái)對(duì)管線進(jìn)行管理。壓力是城市燃?xì)釹CADA 系統(tǒng)監(jiān)控的首要內(nèi)容。同時(shí)由于城市燃?xì)獾南掠尉褪侨細(xì)馐褂梅剑裕?jì)量流量也是城市燃?xì)釹CADA 系統(tǒng)監(jiān)控的重要內(nèi)容。因?yàn)檎{(diào)壓站是燃?xì)夤芫W(wǎng)運(yùn)行的核心，其運(yùn)行狀態(tài)即代表著燃?xì)夤芫W(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，因此，目前的燃?xì)夤芫W(wǎng)SCADA系統(tǒng)基本上是針對(duì)燃?xì)庹{(diào)壓站的監(jiān)控來(lái)運(yùn)行。除了壓力、流量，燃?xì)庹{(diào)壓站的安全運(yùn)行狀態(tài)也是燃?xì)釹CADA監(jiān)控的內(nèi)容，運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)包括氣體溫度、調(diào)壓器的閥位、緊急切斷閥狀態(tài)、泄漏報(bào)警的狀態(tài)、過(guò)濾器差壓的狀態(tài)等。

2.3 城市燃?xì)庵悄芑奶攸c(diǎn)及發(fā)展方向

燃?xì)庹{(diào)壓站智能化應(yīng)用主要體現(xiàn)在遠(yuǎn)程監(jiān)控、動(dòng)態(tài)管理和安全高效三個(gè)方面。目前對(duì)于調(diào)壓站自動(dòng)化技術(shù)的主要的典型應(yīng)用場(chǎng)景是：燃?xì)庹{(diào)壓站數(shù)據(jù)采集與報(bào)警、燃?xì)庹{(diào)壓站出口壓力遠(yuǎn)程自動(dòng)調(diào)節(jié)、燃?xì)庹{(diào)壓站流量遠(yuǎn)程自動(dòng)調(diào)節(jié)和限制。

然而由于城市燃?xì)庋鼐€布設(shè)調(diào)壓撬設(shè)備，對(duì)于調(diào)壓箱中調(diào)壓撬的壓力檢測(cè)也是城市燃?xì)獗O(jiān)控的重要方面。另一方面，井道密閉空間內(nèi)，可燃?xì)怏w濃度也是監(jiān)控的一個(gè)重要參數(shù)。

要實(shí)現(xiàn)城市燃?xì)庵悄芑踩瘧?yīng)用還必須具備必要的應(yīng)用條件，包括智能化應(yīng)用遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)、智能化應(yīng)用通訊網(wǎng)絡(luò)、智能化應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)。

3燃?xì)庵悄芑诔鞘腥細(xì)釹CADA系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)條件以及應(yīng)用

3.1城市燃?xì)庵悄芑赟CADA系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)條件

由于城市燃?xì)鈮毫Φ陀陂L(zhǎng)輸管線且城市燃?xì)獾闹匾毮苁钦{(diào)節(jié)壓力，所以對(duì)于壓力的監(jiān)控范圍主要集中在次高壓，中壓和低壓上，相對(duì)于長(zhǎng)輸管線，壓力變送器的量程區(qū)間范圍更廣。且部分調(diào)壓撬由于控制簡(jiǎn)單且地理位置分散，所以布設(shè)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)成本較高，一般選擇通過(guò)DTU實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸壓力數(shù)據(jù)。通過(guò)遠(yuǎn)程傳遞數(shù)據(jù)，既降低了巡檢的次數(shù)，也可以實(shí)時(shí)獲得數(shù)據(jù)參數(shù)，形成歷史曲線，在用戶用氣時(shí)壓力會(huì)下降，可以根據(jù)歷史曲線圖來(lái)觀察判斷用戶用氣特征以及管線安全狀態(tài)，同時(shí)該項(xiàng)數(shù)據(jù)也是信息化與智能化數(shù)據(jù)材料的重要組成部分。

對(duì)于遠(yuǎn)程抄表更多的應(yīng)用了4G、NB、lora等無(wú)線傳輸技術(shù)，在低功耗的同時(shí)達(dá)到了對(duì)于每個(gè)用戶數(shù)據(jù)的及時(shí)統(tǒng)計(jì)上傳，抄表數(shù)據(jù)除了用于和下游用戶的結(jié)算外，應(yīng)用數(shù)據(jù)分析技術(shù)以及人工智能技術(shù)，可以歸納用戶的用氣習(xí)慣，進(jìn)而形成用氣模型，對(duì)于用氣量進(jìn)行預(yù)測(cè)。同時(shí)，該數(shù)據(jù)還可以用于發(fā)現(xiàn)流量計(jì)的“死表”問(wèn)題，因?yàn)橄掠斡脩舻牧髁坑?jì)多為渦輪流量計(jì)，渦輪流量計(jì)對(duì)于氣體流量的敏感度小于超聲流量計(jì)，由于其低廉的價(jià)格受到下游用戶的青睞，但是也造成了上游和下游的輸差，通過(guò)對(duì)壓力、溫度、流量進(jìn)行智能分析，可以發(fā)現(xiàn)“死表”問(wèn)題，對(duì)于經(jīng)常出現(xiàn)“死表”現(xiàn)象的流量計(jì)可以及時(shí)更換，減少輸氣損失。

在管理上設(shè)定不同的管理職能，數(shù)據(jù)除了通過(guò)調(diào)控中心上位機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)顯示以外，也可以在智能終端進(jìn)行顯示與報(bào)警。例如，將一些地點(diǎn)參數(shù)讓某些權(quán)限的巡線員通過(guò)app訪問(wèn)，可以隨時(shí)查看到該數(shù)據(jù)，這樣，不僅降低了中心調(diào)度的工作量，同時(shí)也可以更及時(shí)的發(fā)現(xiàn)處理問(wèn)題。對(duì)于更高權(quán)限的管理員，可以通過(guò)移動(dòng)端app 查看整條管線的運(yùn)行情況，方便管理與調(diào)度安排。同時(shí)，對(duì)于報(bào)警，系統(tǒng)可以通過(guò)發(fā)送短信以及微信的形式發(fā)送到具有該權(quán)限的管理員手機(jī)上。讓管理員能第一時(shí)間了解到報(bào)警情況。

同時(shí)，隨著物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的增多以及智能終端的接入，讓網(wǎng)絡(luò)安全變得更加重要，現(xiàn)在常規(guī)的辦法是通過(guò)增加工控防火墻等防護(hù)設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)安全管理，國(guó)外已經(jīng)有工程師通過(guò)區(qū)塊鏈技術(shù)來(lái)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行加密管理，在可以預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，區(qū)塊鏈技術(shù)將更多的應(yīng)用到物聯(lián)網(wǎng)中。但是在國(guó)內(nèi)，物聯(lián)網(wǎng)加區(qū)塊鏈技術(shù)僅是剛剛興起，更不必說(shuō)在場(chǎng)景下的應(yīng)用。相信未來(lái)，隨著科技的發(fā)展將有更多確保網(wǎng)絡(luò)安全的方式會(huì)被應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)際當(dāng)中。

3.2 城市燃?xì)庵悄芑膽?yīng)用實(shí)例

智能化在scada 系統(tǒng)中的應(yīng)用主要表現(xiàn)為兩個(gè)方面，一個(gè)方面是對(duì)于重要設(shè)備的控制上，另一個(gè)方面是對(duì)于數(shù)據(jù)的處理上。

首先，對(duì)于對(duì)重要設(shè)備的控制方面，傳統(tǒng)調(diào)壓撬的是通過(guò)PID實(shí)現(xiàn)壓力以及流量調(diào)節(jié)的。PID算法通過(guò)預(yù)設(shè)比例參數(shù)、積分參數(shù)、微分參數(shù)來(lái)滿足一定工況下的定量調(diào)節(jié)，優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算既簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)有效，缺點(diǎn)是：在管網(wǎng)工況和被控流量變化的情況下，需要用戶調(diào)整控制參數(shù)。而智能調(diào)壓撬可以通過(guò)不同工況下對(duì)調(diào)節(jié)參數(shù)的學(xué)習(xí)分析，及對(duì)所有工況進(jìn)行分區(qū)分類，通過(guò)學(xué)習(xí)獲得不同區(qū)間的最優(yōu)參數(shù)，當(dāng)調(diào)壓撬位于某個(gè)區(qū)間時(shí)，動(dòng)態(tài)改變調(diào)節(jié)參數(shù)，找到最佳參數(shù)，達(dá)到適應(yīng)性強(qiáng)以及調(diào)節(jié)速度快且穩(wěn)定的目的。

另一方面就是對(duì)于數(shù)據(jù)處理分析上，例如常規(guī)報(bào)警值為經(jīng)驗(yàn)值或設(shè)計(jì)提供的上下限值，通過(guò)對(duì)于SCADA系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)歷史進(jìn)行分析比對(duì)可以獲得更加精確的報(bào)警值以及數(shù)據(jù)走勢(shì)，對(duì)于異常狀態(tài)可以提前預(yù)警。提高整個(gè)管網(wǎng)的運(yùn)行安全性。對(duì)于整個(gè)管線所有數(shù)據(jù)而言，智能化可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的空間范圍內(nèi)的橫向?qū)Ρ纫约皶r(shí)間范圍內(nèi)的縱向分析，形成以時(shí)間和地理信息為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)模型。并作為重要的信息參數(shù)保存以及展示。

管道SCADA系統(tǒng)智能化主要集中在算法優(yōu)化、數(shù)據(jù)挖掘以及智能終端的應(yīng)用三個(gè)反面。通過(guò)算法優(yōu)化達(dá)到管道安全管理、高效管理的目的。通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘，可以更好的利用已有數(shù)據(jù)來(lái)分析管網(wǎng)及設(shè)備狀態(tài)。通過(guò)智能終端的接入，可以更加方便及快捷的查看重要數(shù)據(jù)，并且也是實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守站的重要條件。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著自動(dòng)化、信息化的發(fā)展，越來(lái)越多的技術(shù)被應(yīng)用到燃?xì)夤艿赖墓芾碇衼?lái)，借助自動(dòng)化以及信息化的技術(shù)很大的提升管理水平，同時(shí)也對(duì)管理人員的素質(zhì)要求越來(lái)越高。在技術(shù)提升的同時(shí)，要同時(shí)注重對(duì)人員素質(zhì)的培養(yǎng)以及對(duì)于新技術(shù)的培訓(xùn)。這樣，自動(dòng)化、信息化、智能化才能為人所用，才能更好的發(fā)揮用途。