EIS管道监控设计与实现

孙伟楠　于东林　王春雷

摘 要：为解决管化工道存在的跑、冒、滴、漏等问题，本文研发出EIS（Engineering Information System）管道监控系统，通过挖掘工程设计信息，对现有的工程建设图纸、工艺生产资料、竣工验收资料进行收集、整合、录入，建立EIS管道安全数据库。使用ATmegal28L微处理器对数据预处理，采用Zabbix对历史数据抽查处理，利用伴检监控模式，并利用现代网络技术进行信息处理，形成PC端、移动端对管线实时监控。

关键词：EIS;数据库;伴检监控;ATmegal28L;Zabbix;信息处理

中图分类号：TG174.37文献标识码：A文章编号：1003-5168（2018）26-0020-03

1 研究背景

管道运输作为五大运输业之一，在生产生活中起着至关重要的作用。据不完全统计，我国石油化工、煤化工、医药化工等工艺管道总长度累计在100万km以上，各类连接法兰达560万个以上，管道阀门达320万个以上。

室内外管道、法兰和阀门造成的生产事故情况如下：①管道连接受自重、风载荷等长期作用，焊口、法兰处可能发生蠕变，造成管道渗漏;②管道在保温状态下，保温层长期使用被破坏，雨水、融化的雪水渗透到保温层内，增加管道的重量，腐蚀管道，造成管道、法兰、阀门腐蚀，导致“跑、冒、滴、漏”;③非保温管道，防腐层破坏，造成管道、法兰、阀门腐蚀，导致“跑、冒、滴、漏”;④积雪等自然条件使管道承载、受风面积增大，管道的安全稳定性受到影响，管道连接的法兰、阀门的紧固性与密封性受到严重影响，同时自然条件还可以改变管道内物料的保温状态，使管道输送物料产生一定的温度梯度，从而可能影响生产质量，引发安全生产事故;⑤管道的意外、人为或其他因素破坏。

2 EIS的基本构成与实现

2.1 基本构成

EIS管道监控系统由四部分构成：EIS管道安全数据库、伴检系统、信息处理统统和用户端使用系统。以Zabbix抽查问题节点数据;4G无线网络ATmegal28L微处理器对数据进行预处理;通信卫星对数据进行收发[1-3]。

2.2 设计与实现模式

2.2.1 复合式监控系统

2.2.1.1 视频监控系统。基于目标建模檢测分析，检测泄漏点泄露特征和是否达到报警值范围。通过监测到的位置测绘图像，对该点的特征图像进行分析、处理。该装置采用微型高清红外夜视摄像仪，对管道进行全天监控，摄像仪在伴检管线的保护下，减少了自然环境对设备装置的损坏，延长了设备的使用寿命。

摄像仪通过视角变换，达到对所监控的管道阀门、法兰及易泄漏位置的全方位监控，并且可通过拍照功能对被监控部分进行拍照，再由后台对所拍照片进行精密分析，以达到对泄漏情况的判断。多角度摄像头结构原理如图1所示。

2.2.1.2 超声波监控系统。利用超声波监测，可发现细微的泄漏点，提早对泄露点进行分析，有效预防泄露事故的发生。超声波感应器结构及处理流程图如图2所示。

2.2.2 信息处理系统。所采集的信息通过伴检管线将信息及时传输至缓冲数据库。一方面，缓冲数据库通过其预判功能，将采集的信息转变为泄漏等级，泄漏等级评估将会以APP推送的模式推送至用户手机，以便用户在第一时间得到泄漏情况，并且可以及时安排有效的维修方案。另一方面，泄漏信息会回流至EGP地下管道安全数据库，进一步完善EGP地下管道安全数据库。

2.2.3 用户使用系统。①PC端主要用于用户对地下管道的实时监控，主要以后台工作室为主;②移动端主要用于巡检员对所监控的管线进行实时监控。

2.2.4 伴检系统设计。伴检监测系统由信号传输线缆、伴检管线、红外摄像监控、传感器、监控运行轨道等组成，其主要适用于对管线工况进行实时监控。伴检监控三维模拟如图3所示。

3 EIS数据库的信息录入

通过对厂区内各生产单元全方位的统计，将各生产单元初建设施、工程施工情况等信息录入系统，实现对工程设计信息的全方位掌控。对已有管线搭建过程中的工程建设图纸、工艺、竣工验收技术资料进行整合录入，如图4所示，并建立EIS管道安全数据库。

4 EIS的数据采集与处理

4.1 管道数据采集

利用伴检监控模式，对管线工况进行实时监控，对采集的数据进行双向处理，一方面有效的数据回流至EIS管道安全数据库，另一方面反馈至PC、移动端。工作人员可根据生产工艺工况，对数据进行对比分析处理，把数据库遗漏信息率降至最低。

使用工业级RFID数据采集器，内装WINCE、Windows Mobile系统，采用高性能激光扫描引擎、高速CPU处理器，具有防水、防潮及抗挤压的性能。

4.2 采集信息PC处理技术

同一时间会采集大量数据，但由于采集的数据为ASCⅡ码，通过数据模块转化成可阅读的数据，对大量的数据里夹杂的部分数据噪声进行可视化分析、规划、整合，将处理后的结果以直观的方式展现在移动端、PC端的控制面板上。

控制面板以Zabbix为主，通过Agent或者SNMP收集相关监控数据，然后储存到数据库中通过前台展示。当出现问题时，可通过前台获取历史数据进行分析。获取历史数据有两种方式：①通过Zabbix前台获取数据;②通过前台获取的数据进行处理和二次查询会被多次限制，因此可通过SQL语句直接从后台DB查询数据。常用查询方法为：

[1SELECTALLDISTNCTSlelect_ListINTONew_Table_name2FROMTable_nameView_name，table2_nameview2_name3，…4WHERT Ssrch_conditions5GTOUP BY Group_by_list6HAVING Serch_conditions]

4.3 数据导入及对比

EIS是基于GIS的又一个创新，GIS可对工程地理信息進行处理，EIS则是对工程设计信息进行整合，都是将采集的信息数据录入系统[4]。

4.4 分析结果报告与显示

同比数据分析如图5所示。图5为1h内采集数据的波动情况，通过对数据波动的幅度差进行分析，将比率符合标准的数据录入EIS数据库，保证数据库的不断更新和优化。

5 EIS数据的监控应用

5.1 4G无线网络

采用ATmegal28L微处理器并在其中安装ZigBee网络通信芯片CC2430以及4G无线网络通信芯片EM-560。CC2340芯片接收到监控数据后，首先由嵌入式数据预处理软件进行格式转换和汇总处理，EM-560芯片再将预处理后的数据通过4G无线网络发送给卫星通信终端。

5.2 通信卫星

通过专用卫星通信终端与通信卫星进行数据收发，在卫星通信终端中部署北斗卫星通信天线、太阳能电池板、VSAT小站通信天线、信号处理机及其他功能电路元件，能与北斗卫星、中国通信卫星等进行通信。通信卫星将接收到的管道监控数据发送至地面接收站，并存储在接收站的EIS管道安全数据库中[5]。

6 结论

本文提出了一套较为完整的管道实时监控可视化实现方案。该设计运用伴检监控模式，通过各系统之间的配合，对数据进行分析、比较，可视化分析泄露数据是否达到报警值，报警、预警等信息的可视化是洞察管道运行是否有异常状态的关键。以ATmegal28L微处理器作为系统全面运行的基础，使硬件与软件实现技术上的结合，具有实时巡检、主动报警、及时报警、信息联动、低成本和低消耗等特点，可迅速、准确地找到泄漏点位置。同时，采用模块化设计的思想，具有良好的可扩展性，系统所有功能模块采用模块化方式进行设计与实现，模块间以松耦合方式进行业务数据与控制信息交换，具有较高的可延展性、可维护性、应用性。

参考文献：

[1]Feng X. Design and Implementation of Remote Health Monitoring System for 3D Visual Bridge[J]. Procedia Engineering， 2017（174）：1330-1335.

[2]姚得利.基于GIS技术的建筑实时监控系统的设计与实现[D].长春：吉林大学，2014.

[3]王歆洵. 基于物联网的污水监控系统设计[D].南京：南京理工大学，2017.

[4]Dennis R M，Flavin P，Davies G J. Online R&D Management： the Way Forward[J]. R & D Management，1998（1）：27-35.

[5]高南虎.基于安卓的远程监控系统的设计与实现[J].科技风，2018（20）：77.