淺談撬裝化智能機柜在輸油氣站場的應用

張 勇 徐 馳 蔡 增

1.國家管網集團北方管道有限責任公司沈陽輸油氣分公司 遼寧 沈陽 110031

2.東北石油管道有限公司 遼寧 沈陽 110031

3.沈陽市錦金鑫科技有限公司 遼寧 沈陽111000

一、前言

撬裝化機柜的應用在國內一些行業屬剛起步階段,機柜的智能化還不完善,有的是部分功能實現了自動化,而且類似產品差別較大,能夠把機柜環境的所有重要參數實現智能監測和控制沒有形成技術標準。國外如工業水平較高的歐美和日本等國家工業自動化發展較早,隨著互聯網技術的發展和社會產業結構的調整,一些行業的設備模塊化、標準化和信息化發展較好。國內雖然在工業自動化方面起步晚,但我們的起點相對較高,撬裝式智能機柜間產品一旦成熟,在使用管道建設行業內推廣使用過程中能夠快速積累經驗,有利于產品的不斷改進,完善和成熟。

二、撬裝化智能機柜的基本特點概述

撬裝化智能機柜做為石油管道的智慧物聯環境監控系統終端將大規模應用于管道運輸的站場建設中,它完全能夠替代傳統服務器機柜、電氣控制柜等機柜,而且能夠對柜內環境大數據監控,智慧控制,數據上傳,構建“智慧機柜”;撬裝化智慧機柜將逐步替代各種數據中心,場站區的傳統服務器機柜和電控機柜,撬裝式智能機柜的研發和推廣能夠幫助石油管道運輸行業實現“標準化”、“模塊化”、“工廠化”、“信息化”,為行業建設達到高水平提供強大的助力。

為滿足信息化的發展,研究撬裝化智能機柜整體解決方案,專業針對站控數據中心高效部署,具有節約空間,靈活擴展,節能,方便維修等特點先進的解決方案。站控設備間基礎設施單元是各業務系統、網絡系統和信息安全的承載實體,智能機柜主要包括以下9個單元,分別是:供配電系統、制冷系統、不間斷電源設備、封閉通道組件、照明系統、動力環境監控、安防系統、防雷接地、消防系統等,并根據現場情況進行選配。

三、撬裝化智能機柜設計原則

撬裝化智能機柜是針對站場生產數據信息通訊、計算、交換和存儲而設計,是專業的油氣生產設備機柜環境解決方案。它應具備豐富的本地管理資源、安全可靠的硬件設施、高水平的網絡管理和完備的增值服務,以及高能效的動力環境控制方案。通過高度集成化設計,減少對外界環境的依賴,無需復雜昂貴的機房建設也可以保障設備長期穩定運行。

(一)柜體結構方面:柜體側壁可配備防盜式可拆裝側板,簡化安裝操作的同時可防止非法拆卸側板。機柜柜門采用多點鎖緊,柜體外壁采用無螺絲設計,也可保障安全防盜。機柜提供多種智能鎖方案,可定制使用磁卡鑰匙、指紋、密碼等方式開鎖,既方便又安全。柜體涂裝采用耐腐蝕性涂料,耐鹽抗酸,在地下室等環境長期使用也不會產生銹蝕。柜體高強度抗震式設計可保障柜體穩定并保護柜內設備。針對低溫地區還可填充內保溫層。

(二)動力環境控制方面:系統采用在線式UPS或整體直流穩壓輸出方案,搭配機架式蓄電池,確保柜內設備用電安全。一體式配電模塊附帶電參數監測功能,具備過流、過壓、浪涌保護等多項安全功能,并且各路輸出高度可控。動環檢測系統能夠檢測柜內溫濕度、水浸、煙感、門禁,柜內環境異常可及時報警,并具有主動氣體滅火功能。系統搭配視頻監控可以實現視頻錄制、開門抓拍等防盜功能。柜體可配置空調和加熱模塊,使柜內保持恒定溫度環境,同時搭配緊急通風模塊使用,確保柜內設備環境的穩定性,提高設備安全,延長設備使用壽命。

(三)成本控制方面:該設計提供完整的一站式解決方案,集成了配電、不間斷供電、環境控制、環境監測等多種模塊,使用時根據實際需要進行整體運輸或現場裝備,整體上電測試之后可直接安裝用戶設備,免除了多套產品分別安裝并設置的困擾,而且整套系統高度兼容,可避免設備或功能上的沖突。另外,本產品可提供密閉柜體方案和通風柜體方案,密閉柜體方案可實現與外界環境的隔離,降低對外界環境的要求,無需建設專業機房也可以保障設備長期穩定運行,可節約機房建設的成本,并且在設備遷移時也可避免土建設備無法重復利用帶來的浪費,只需遷移柜體即可重復利用配電、不間斷供電、環境控制、環境監測等設備。通風柜體適用于發熱量低的場景,通過與柜外環境直接熱循環可降低制冷需求,降低設備成本和長期制冷的電力消耗。由于單個柜體即為完整的一體化系統,當現有柜體無法滿足使用需求,需要擴展時,單獨為新增設備增設柜體即可,不涉及原有配電、不間斷供電、環境控制、環境監測等設備的更新改造,提高了設備利用率,減少了設備不斷更換帶來的資源浪費。

(四)遠程運維控制:機柜搭載的動環監控系統具備強大的邊緣計算能力,能夠有效分流云端工作量,結合本地終端的多種采集功能,實現本地問題,本地分析,本地處理,本地預警,本地上傳,可迅速對本地事件作出反應,在網絡不暢時也可正常工作,另外根據海量數據的分析可實現故障診斷、處理預警等功能。同時于云端平臺可進行遠程實時交互,便于集中監控、管理,簡化邊緣節點的管理工作。終端邊緣計算功能的加入大幅提高了整個監控網絡的響應預警能力,并且有效節省云端平臺的帶寬、流量資源和計算存儲資源,大大提升工作效率。

(五)標準化設計:在一體化機柜系統設計時,基于國家頒布的有關標準,包括各種機柜結構、電氣安全,EMC試驗,以及消防標準,堅持統一規范的原則,從而為未來的業務發展、設備增容奠定基礎,大規模建設邊緣節點機房時可有效控制各地建設質量。在產品設計、生產過程中,統一采用標準化產品,以便于零部件維修、采購、更換為原則。機柜實現整體出廠、整體運輸、整體安裝,設計相應的運裝結構,適合室內裝配需要;同時設置統一接口,根據用戶需求不同,每個站點實現機柜尺寸、種類、功能的靈活搭配。柜體采用可拆裝結構設計,如果現場運輸空間和條件有限制,還可以將機柜部分拆解或者全部拆解,以“散件”方式運送至目的地,大大拓展了機柜的運輸便利性和布置靈活性。

四、撬裝化智能機柜設計方案

(一)全面安防

柜體根據室內使用特點設計,柜體框架為鈑金折彎結構,結構輕巧且堅固耐用,柜體采用電泳噴涂,滿足室內使用的要求。外部采用防盜結構設計,兩側側板帶鎖具,前后柜門采用智能鎖,前后門上中下三點鎖緊,支持ID卡開鎖,鑰匙開鎖,具備RS485通訊功能,帶鎖控和防盜報警功能。

(二)柜內環境防護和監控

柜內配有高精度煙霧傳感器、漏水檢測線等防護報警元件,能夠及時發現柜內火災、漏水情況,柜內動環監控主機可24小時監控柜內各個電子元件的運行情況,遇到火災和漏水情況時及時開啟滅火裝置,并上傳到云端報警。

(三)柜內控溫控濕

采用自主研發的機架式、列間式空調精密管控柜內微環境,使柜內設備始終處在理想的工作環境中,不僅提升了柜內元器件設備的使用壽命,還保證了設備整體運行的穩定性。

機架式空調采用冷熱通道設計理念,將機房的溫控系統集中在一臺機柜內,并可進行模塊化組合,采用R134a冷媒,節能環保。列間式空調,采用獨立立式結構設計,便于與智能微環境等組件配合,制冷功率大,風壓大,風量足,而且具備多種保護報警,十分安全可靠。

(四)遠程運維,邊緣計算與云端計算結合,增速節能

機柜搭載的動環監控系統具備強大的邊緣計算能力,能夠有效分流云端工作量,結合本地終端的多種采集功能,實現本地問題,本地分析,本地處理,本地預警,本地上傳;形成一整套診斷分析、處理預警功能;同時于云端平臺進行實時交互,便于集中監控、管理;終端邊緣計算功能的加入既提高了整個監控網絡的響應預警能力,又有效節省與云端平臺的帶寬,流量資源,大大提升工作效率。

五、結論

撬裝式智能機柜的研究跟站場建設和改造緊密結合,能夠解決站場建中的模塊化、標準化等難題;能夠解決場站設備工作環境的自動化和遠程運維問題;能夠給設備的大數據互聯奠定終端基礎。撬裝式智能機柜是一種新型站場建設模式,能夠大幅降低站場站控機房建設的前期費用,縮短建設時間,滿足合理建設調配安排;在站場運行期間能夠極大減少人力的投入,智能管理能節約大量的運行維護成本,給站場建設實現“模塊化”、“信息化”、“工廠化”、“標準化”的五化奠定堅實的基礎。