输气管道阀室RTU改造技术应用

樊崇崇

摘 要：本文主要介绍了对天然气管道手动阀室进行RTU改造的相关技术应用，通过对阀室进行RTU改造，实现远程监控阀室设备和数据的目的，提高生产监控和应急抢险效率，具有极高的应用价值。

关键词：输气管道；手动阀室；RTU改造；远程监控

天然气管道沿线阀室所处位置一般比较偏僻，人员不易到达，尤其手动阀室只能通过人员现场巡查才能了解阀室情况，一旦出现紧急情况不易实施应急措施，对人员财产构成极大威胁。通过将手动阀室改造为RTU阀室，能够实现设备和数据的远程监控功能，从而提高管道运营的安全性。

1 RTU系统功能及总体结构

1.1 基本功能

针对天然气管道阀室功能特点，一般情况下具有远程监控功能的RTU阀室应满足以下要求：

（1）远程监测阀室的管道压力、阀位等参数；

（2）远程监测阀室的可燃气体浓度报警信息；

（3）远程控制阀室的气液联动阀开关阀；

（4）远程读取硬件设备（主要是气液联动阀电子控制单元）的工作参数；

（5）调控中心服务器自动与阀室远程采集控制单元RTU进行数据查询等操作，保证系统数据的实时性、有效性。

1.2 总体结构

RTU阀室远程监控系统可以分为阀室数据采集及传输设备、后台接收平台、后台数据管理系统和与SCADA系统的数据接口等，系统总体结构如图1.1所示。从阀室获得的数据，通过无线网络传输到数据远传系统管理服务器，管理服务器通过内部网络与SCADA系统交换数据，各级工作人员可通过SCADA系统监视阀室的运行数据。

2 阀室端RTU系统改造实现

阀室RTU改造需要增加必要的控制设备，主要完成数据的采集与传送，并接收控制命令进行开关阀的动作，RTU改造需在阀室安装的硬件设备主要有：远程测控终端单元（RTU）和供电单元（包括太阳能电池板、蓄电池）、高增益天线、压力变送器、可燃气体报警器等，考虑到工作环境为易燃易爆场所，所有设备均安装在隔爆箱内。

2.1 阀室远程测控终端RTU功能

远程测控终端（RTU）是以计算机为核心的数据采集和控制小型装置，它具有编程组态灵活、功能齐全、通信能力强、维护方便、自诊断能力强，可适应恶劣的环境条件、可靠性高等特点。其主要功能如下：

（1）解析气液联动阀电子单元的所有Modbus指令，以ASCII或RTU数据格式存储。

（2）实时回传现场数据，含当前压力，平均压力，平均压降，气液联动阀电子单元设备电压、阀室监控单元蓄电池电压、阀室监控单元太阳能电池电压等。

（3）实时检测气液联动阀电子单元报警、事件，如有则立刻回传事件数据。

（4）实时检测阀位信息，如有变化则立刻回传。

（5）实时检测气体泄漏报警器信息，如有报警则立刻回传。

（6）命令控制输出多路12V/24VDC，可实现远程开关阀门。

（7）无线传输功能：自带GPRS/GSM发送模块能够通过无线网络实现数据传输。

（8）智能电源管理功能：控制太阳能电池对蓄电池充电和防过充。实时监测蓄电池电压，欠压时自动保护。

2.2 电源设计

输气管道阀室一般远离居住区，通过外部引入电源比较困难，因此电源设计应采用太阳能电池板+蓄电池组的方式，为整个阀室阀室远程采集控制单元提供电源。当蓄电池电压低于设定值时太阳能电池对蓄电池进行充电，高于设定值时停止充电。为了保证系统在阴雨天气能够正常运行，电源设计要求能在太能能电池板无法充电的情况下，蓄电池组能连续提供电能5天或以上。

2.3 通信方式

因阀室所处位置偏僻，在没有专线通信情况下，RTU改造宜选择无线网络连接方案，即采用运营商GPRS/CMDA无线公用网络。RTU阀室数据传输主要通过以下方式实现：

（1）阀室远传单元数据能够以GPRS/CDMA移动通讯方式连接访问信息网中的后台服务器，完成对数据采集传输应用。

（2）数据远传系统管理服务器管理记录各个阀室的运行历史数据，并进行定期统计打印等功能。

（3）数据远传系统管理服务器接收安装在各阀室远传单元通过GPRS通道或CDMA网络传来的现场信息。

（4）阀室远传单元实时或定时向数据远传系统管理服务器发送获得的管线压力、电池电压、压降速率等运行数据，现场信号传输采用GPRS通信。

（5）公共无线通讯网：采用GPRS或CDMA网络。

（6）与SCADA系统的数据连接：后台服务器通过网络或者串口连接到SCADA系统中，使调控中心能够获取各阀室的工况并对其进行控制。

3 调控中心管理软件实现

调控中心采集RTU阀室数据需安装专用数据接收服务器和数据管理服务器，阀室RTU终端通过无线网络将数据传输到指定的数据接收服务器IP端口，数据接收服务器将数据通过RS232或RS485串口传输到数据管理服务器上，从物理上保证了数据传输的安全性，数据管理服务器对数据进行解包处理以图形界面形式显示，并记录相关运行数据，同时服务器将阀室数据通过网络传输到SCADA系统中进行显示及控制。

典型RTU阀室后台服务管理软件架构一般采用面向对象的设计方法，按照阀室单元、间隔进行数据划分和定义，方便进行二次开发或擴展应用，此外采用RS232、RS485或TCP/IP接口，支持Modbus通讯协议，能够实现与SCADA系统通讯，系统采用全图形化界面，图形符号符合IEC及国家标准。

通过监控软件可实时查询阀室干线截断阀上、下游压力、可燃气体浓度、Lineguard电子控制单元参数以及设备报警、日志等，能够远程控制干线截断阀进行开、关操作，极大提高了阀室的实时监控能力。

4 结语

经过RTU改造后，调控中心能够实现对阀室运行压力、可燃气体浓度等的实时监控和干线截断阀远控功能，大大提高管道运营的安全性，降低人员的劳动强度，保证生产数据上传的及时性和准确性，进一步提高生产管理水平。因此，RTU改造技术正越来越多地应用于输（油）气管道生产中，具有极高的推广和应用价值。

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