綠色制造理念在天然氣管網自動化升級改造中的實踐

王鈺(江西省天然氣管道有限公司，江西 南昌 330096)

0 引言

江西省天然氣管網是從事全省天然氣管網投資、建設、運營和管理以及天然氣輸送與購銷的企業，是江西省承接上游氣源的省級專業公司。管網數據傳輸以管道伴行光纜為主，目前共投運光纜線路1000余公里，在此基礎上結合電信DDN及無線傳輸等方式，調控中心已通過SCADA系統實現對場站壓力、溫度、流量等工況的實時監控；通過閥室數據回傳系統實現了對RTU閥室閥門狀態、門禁、可燃氣體濃度等參數的監控；通過視頻監控系統實現了對各場站生產區域的實時監控(見圖1)。同時各站及調控中心也建立了ESD緊急停車系統，場站及調控中心對現場遠控閥門和ESD系統也進行定期遠程測試。

圖1 江西天然氣管網調控中心監控平臺

1 升級改造的必要性

閥室數據監控方面目前公司已投運閥室40余座，多數設計階段均為普通閥室，不具備數據遠程監控功能，公司調度人員無法全面掌握線路閥室生產工況，對手動閥室異常關斷、壓降速率異常變化等情況無法及時預警，不利于突發事件情況下調控中心的遠程應急處置。

在視頻監控方面目前公司各分輸站、CNG加氣母站、光傳輸RTU閥室均配備有工藝區及重要生產區域視頻監控系統，因投運時間較長，大部分視頻監控設計階段采用SYV-75-5模擬視頻信號傳輸，信號通過BNC頭接入模擬硬盤錄像機，因場區內布置有大量的信號及電力電纜，隨著運行時間的增長，視頻監控信號衰減和干擾情況逐漸增多增強，對視頻監控信號傳輸質量造成較大影響，分辨率和清晰度難以滿足場站站控室和公司調控中心對于日常生產情況的實時監測，不利于及時發現異常情況并做出有效預警和緊急處置。

2 改造實施

2.1 RTU系統改造

RTU改造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。系統總體結構如圖所示。從普通閥室獲得的數據，通過無線網絡傳輸到數據遠傳系統管理服務器，實現遠程RTU閥室相應功能(見表1)。

表1 RTU閥室改造前后功能對比表

2.2 視頻監控升級

(1)硬件設備升級改造方面：使用了8路模擬信號+8路數字信號的混合型DVR終端和防爆一體化網絡攝像機更換原有的模擬DVR終端及現場相機；經現場端線路端傳輸至中心端，實現實時監視與控制功能；在場站端及調控中心端通過專業網管軟件進行現場端設備管理及遠程配置及控制。

(2)視頻監控線路優化方面：采用光電混合纜代替原有同軸電纜加電力電纜的敷設方式，采用光信號進行數字視頻信號傳輸，防止場站已有電力電路及24V弱電信號線路對視頻信號造成的干擾，同時也有效防止了隨著時間的增長同軸電纜視頻信號產生的干擾及衰減情況，便于使用及檢查、維修、維護等工作的開展。

(3)重新分配及調整傳輸線路帶寬方面：充分分析現有光纜傳輸業務配置情況，利用OSN3500光傳輸網管與業務進行重新劃分與配置，充分利用帶寬共享的理念，利用VLAN等技術既有效隔離了視頻監控、視頻會議、軟交換、調度電話等業務，也使相關業務共享已有帶寬，提高了資源的使用效率，同時不用增加光板擴容等成本性投入。

實施完成后監控效果有明顯的提升。實現了對工藝區的高清視頻監控，很好實現對原有視頻監控系統各設備的兼容，突出了改造重點，為調度指揮、遠程監控、異常預警、應急處置提供了強有力的技術支持

3 綠色制造理念的應用和實踐分析

綠色、智能是制造業轉型的主要方向。《中國制造2025》中，“綠色”作為一個關鍵詞出現了40余次。全面推行綠色制造，必須聚焦“綠色”主題，按照全生命周期的理念，革新傳統設計、制造技術和生產方式，全面實現“綠色化”，加快構建起以“綠色”為特征的制造體系，無論是RTU改造還是視頻監控改造的過程都體現著綠色制造的理念。

3.1 RTU改造實施過程中的綠色制造優勢

(1) RTU改造使用無線數據傳輸設備代替傳統的光傳輸設備，使用太陽能板+太陽能充電控制器+蓄電池的方式代替傳統的市電接入+UPS+蓄電池組的供電方式，將儀表間內RTU機柜內各單元模塊集成至RTU控制單元并放入防爆接線箱內(見圖2)，減少了征地、外電接入、土建工程等實施環節，改造周期短、改造成本約為傳統閥室的十分之一，同時減少了對周邊環境、土地、市電資源等的影響，減少了項目投入，充分體現了綠色制造的理念。

圖2 RTU改造實施情況

(2)從歷史數據中可以看出管線所在的江西山區是太陽能資源較為貧乏的地區。因此，系統中太陽能的充電效率要高，安裝在閥室的設備功耗要非常低。

現場設備的低功耗設計是十分重要的，低功耗設計可在供電條件不變情況下更長的延長使用時間或降低蓄電池容量。現場采用低功耗器件及獨特的軟件設計使得產品功耗只有同類產品的30%。

閥室設備的電路設計考慮采用低功耗設計，采用利于休眠技術降低功耗，采用MCU智能控制太陽能電池對蓄電池充電，防止蓄電池過充過放。具有欠壓自動保護功能。

所有元器件均使用工業級、低功耗。采用多層板，高度集成，元器件經過篩選及高溫老化，提高穩定性，光電偶合隔離技術防止干擾。高效率、低功耗的設備的制造和使用也體現了綠色制造的理念。

3.2 視頻監控改造是對綠色制造理念的進一步延伸

(1)資源的合理配置。經過改造充分利用了管網伴行光纜資源，將不同類型數據進行有效隔離，合理分配帶寬，確保了SCADA數據和視頻監控等信號有效傳輸。

升級改造完成后對視頻監控數據的傳輸進行了全面的優化，不再通過與SCADA系統數據共用帶寬的方式進行傳輸。通過VLAN的劃分與視頻會議、軟交換等辦公類數據充分共享帶寬資源，不但充分利用業務間隔開展的特點提高了環網伴行光纜光通信帶寬的利用效率，也減少了對OSN3500光傳輸系統平臺低階交叉資源的占用。

(2)經濟性與可擴展性。通過僅針對工藝區進行高清視頻監控改造，相當于只對原有監控系統的幾分之一進行改造，節省了改造成本，原先改一個站的成本可以改多個站，實現了對天然氣場站生產作業最重要的環節的有效監控。

(3)改造后的系統兼容原有模擬終端設備，替換后的設備可作為備件繼續使用，同時改造后的系統具備可擴展性。系統設計中考慮到技術的發展和使用的需要，具有更新、擴充和升級的可能。并根據今后實際要求擴展系統功能，同時，方案在設計中留有冗余，以滿足今后的發展要求。

(4)兼容性與可重復利用性。經過改造后的終端設備選擇混合型網絡硬盤錄像機，既兼容原有視頻監控模擬信號，又兼容新增加高清網絡視頻信號，同時改造換下的設備均可利舊使用，也為今后再進行改造打下基礎，不必重復更新主體設備。充分體現了綠色制造的理念。

(5)改造完成的實際效果。通過高清視頻監控的應用，調控中心加強了場站日常巡檢管理，有效避免了不按時巡檢和巡檢不到位的情況，增強了安全保障。改造完成后的實際應用，使遠程指揮變成一種日常行為，平時作業活動場站值班人員在站控室進行有效監督，較大作業活動調度值班人員在調控中心遠程監督，確保嚴格按照所審批完成的作業票一步步執行，重要作業活動由公司安全生產部門負責人及分管領導在調控中心遠程指導，確保作業各個環節安全、可靠，有效應對突發情況。

4 結語

作為天然氣管網公司運行管理來說，綠色制造理念的應用是持續的課題，為達到安全、經濟、高效運行，必須始終把綠色制造的理念放在重要位置，在奉獻清潔能源的同時，深入推進綠色制造理念，不斷在自動化、數字化、智能化、國產化的方向上有所創新有所突破，在充分利用現有資源前提下開展基于綠色制造理念的升級改造工作，確保技術領先，確保安全平穩運行，確保國有資產保值增值。