管道生产监控数据传输方式优劣比较

刘喜平

中图分类号： TN919 文献标识码： A

近些年，国内管道建设进入高峰期，近十年来，国内多条输油管道、输气管道相继建成投产，而新建管道大多均采用集中监控、调度运行的模式，管道沿线各场站、阀室生产数据的采集，关乎整个管道的安全生产调控，以及整个管道的计量数据、生产数据、ESD等系统的正常运行，它是管道集中监控的基础，目前，国内输油气管道均有距离长、跨度大、沿线站场、阀室多的特点，而站场、阀室监控数据的实时传输，及控制中心紧急控制信号的安全高效下达，在输油气安全生产中就显得极为重要，故此，一条安全稳定高效的数据传输通道建设就成为输油气管道建设中不可或缺的重要一环；没有一条安全高效平稳的数据传输通道，将直接影响管道的按期投产及正常运行。

西气东输做为国内输气管道管理的佼佼者，同样在生产数据的传输方式上进行了不断的探索和持续的改进，不断将数据传输的新技术应用到实际生产中，目前西气东输各站场、阀室与调控中心的生产数据传输方式大致有以下几种：光纤通信、卫星通信、DDN公网、借助移动运营商网络发送短信息；

西气东输一线建设之初，当时的数据传输主要靠租用当地电信运营商的DDN电路和卫星通信做为数据传输的主备用传输方式，投产后，沿管道同沟敷设了硅芯管，为后期的光缆敷设做准备，2004年10月1日西气东输投产时，由于光缆没有全线敷设到位，而当时又投产日期逼近，且各站及阀室均安装调试了卫星通信系统，当时以卫星通信为主，DDN通信为辅进行了管道设备调试。此后很长一段时间使用卫星通信的方式进行生产调控。

2006年西气东输建成西气东输一线光通信网络，光通信网管中心设置在上海总部，自此西气东输生产数据主要依靠自建的光纤通信网，沿线各站场及RTU阀室的生产数据均通过站内的SCADA路由器将站内数据采集整理后通过光纤通信方式上传到调控中心，目前生产数据基本靠此种传输方式。

光纤通信即利用光导纤维传输光波信号的通信方式，其主要由光发射机、光接收机、光中继器及光纤组成一个系统进行信号传输；光纤即光导纤维的简称，其制作材料为二氧化硅，目前主要用850nm、1310nm、1550nm三个低损耗窗口进行传输信号，光纤又分单模、多模光纤，目前西气东输使用的是单模光纤；此种传输方式，具有传送频带宽，传输容量大，抗电磁干扰能力强，保密性好、出现故障后通过网管系统可以快速定位、快速处理等优点，

但此种方式需要提前敷设好光缆，提前安装调试光通信设备，且须专业人员24小时进行监控值班，前期投资大，后期也需要专业的维护人员进行定期维护。

为保证站场、阀室的生产数据全天24小时不间断传输，确保站场、阀室24小时处在调控中心的监控之下，各站场、阀室一般均建设了一主一备两条数据数据传输通道，西气东输目前大部分站场采用卫星通信方式做为备用传输通道来传输生产数据。

卫星通信的机理就是通过卫星天线接收地球同步卫星发射的特定波段的电磁信号，再经过信号放大器进行除噪，解析出真正有用的电磁信号，进行转码处理还原为正常的生产控制信号：其本质就是地球上的无线电通信站点间利用人造卫星做为中继站进行无线通信。卫星通信使用的微波频段一般为300M-300GHz分为C波段、Ku频段、Ka频段、L频段等；目前，中石油已组建了自己的VSAT卫星通信网络，西气东输各阀室、站场与调控中心的卫星通信采用星形网络方式，各站场、阀室均与调控中心的主站进行通信，完成站场、阀室数据向调控中心的传输；

此种通信方式的优点是：1、分别范围广（同步卫星两极地区为通信盲区，高纬度地区通信质量不好，我国大部分地区均在中低纬度），不受地域限制；2、投资成本较小，运行成本低，运行稳定；但也存在以下缺点：1、信号保密性不好，数据易泄漏；2、受电磁信号干扰严重，设置卫星小站前，需进行电磁干扰测试；3、接收信号能力与主站的信号发射强度和接收信号的天线质量关系很大；受雨雪天气影响较大，当云层过厚或卫星天线被遮挡时极易影响信号接收，造成卫星通信掉网。4、卫星网组建和维护需要专业的调试设备和人员；5、信号存在较大的信号传输时延和回波干扰；6、存在日凌中断和星蚀现象。

由于光通信传输方式基本能满足西气东输数据传输需求，做为有效补充，目前卫星通信方式做为大部分站场的备用数据传输方式一直为西气东输各站场、RTU阀室所使用。

除了以上两种数据传输方式，西气东输建设之初也借助地方电信运营商已建成的固有数据网络，采用租用电信运营商DDN线路方式传输数据。

DDN数据传输方式即租用电信运营商的数据电路进行传输生产数据，先期建设由电信运营商专门为西气东输站场敷设一条直接进站的光缆线路，且在站内配置一套数据传输终端和协议转换器，将西气东输采集生产数据的自动化设备路由器通过协议转换器与电信运营商的DDN的线路连接起来，再通过电信运营商的设备、广域网连接到中石油调度控制中心，以此种方式将各个生产站场的生产监控及控制数据传输到调控中心的方式为DDN数据传输。

首先，此种传输方式需电信运营商专门为各个生产场站预先敷设一条光缆，目前，中石油所建站场出于安全、方便等方面的考虑，一般站场建设地点比较偏僻，一般站场距电信运营商的原有线路比较远，这就导致初期敷设费用较高，且一般DDN线路专门敷设的光缆对于电信运营商来说由于线路内传输的业务量少，运营商一般均没有配置的专门的巡护人员，如产生故障，由于网管在电信运营商，且两端设备均为其所有，无法短时间内判定故障原因，一般均需电信运营商和我方双方专业人员到场配合才能处理，且在中石油内部又牵扯自动化和通信专业之分，站内一般是不可能同时配置两个专业的人员的，如租用电路人员为地方各站，则作为国有企业的电信运营商，由于单一一条线路租用费用不高，且目前的电信运营商基本处于垄断地位，站内与其没有讨价还价余地，且缺乏有效的制裁手段，导致出现故障需运营商配合检查时，与电信运营商协调困难，导致故障处理的协调时间较长，一般当天无法完成；如：2013年某站，调度人员通知自动化人员其备用SCADA数据传输路由不通，自动化人员要求通信人员检查DDN线路，通信人员与电信运营商一起检查线路，经环回测试没有问题，但自动化数据仍然不通，自动化人员又提出电信运营商的DDn电路丢包严重，但当地电信运营商坚持其线路环回测试没有问题，故障原因不在其DDN线路，后来又检查协议转换器、又检查调控中心的设备、再检查数据配置；就此故障，双方一直协调，前后处理了一个月有余，才将故障原因查清，排除故障。

近些年由于阀室安全需要，需将普通阀室的少量参数等监控数据传输到监控中心，但由于建设期间出于成本的考虑，新建的普通阀室没有供电设备，且传输的参数极少，鉴于此种情况，结合目前社会大面积使用的GPS、手机等，普通阀室所在地区移动或联通信号全部能够覆盖到，结合以上情况，西气东输研发了在阀室使用一块芯片采集管道的压力、温度等参数，每日以手机短信的形式在固定时间点向调控中心发送短信的形式，来向控制中心发送数据，便于控制中心采集分析阀室的运行情况。此种数据传输方式为西气东输近两年采用，针对信息采集量少，没有安装配套的供电设备，采用太阳能或电池供电的阀室而设计，极大节约了管道运行单位的生产成本。