绿色制造理念在天然气管网自动化升级改造中的实践

王钰(江西省天然气管道有限公司，江西 南昌 330096)

0 引言

江西省天然气管网是从事全省天然气管网投资、建设、运营和管理以及天然气输送与购销的企业，是江西省承接上游气源的省级专业公司。管网数据传输以管道伴行光缆为主，目前共投运光缆线路1000余公里，在此基础上结合电信DDN 及无线传输等方式，调控中心已通过SCADA 系统实现对场站压力、温度、流量等工况的实时监控；通过阀室数据回传系统实现了对RTU 阀室阀门状态、门禁、可燃气体浓度等参数的监控；通过视频监控系统实现了对各场站生产区域的实时监控(见图1)。同时各站及调控中心也建立了ESD 紧急停车系统，场站及调控中心对现场远控阀门和ESD 系统也进行定期远程测试。

图1 江西天然气管网调控中心监控平台

1 升级改造的必要性

阀室数据监控方面目前公司已投运阀室40余座，多数设计阶段均为普通阀室，不具备数据远程监控功能，公司调度人员无法全面掌握线路阀室生产工况，对手动阀室异常关断、压降速率异常变化等情况无法及时预警，不利于突发事件情况下调控中心的远程应急处置。

在视频监控方面目前公司各分输站、CNG 加气母站、光传输RTU 阀室均配备有工艺区及重要生产区域视频监控系统，因投运时间较长，大部分视频监控设计阶段采用SYV-75-5模拟视频信号传输，信号通过BNC 头接入模拟硬盘录像机，因场区内布置有大量的信号及电力电缆，随着运行时间的增长，视频监控信号衰减和干扰情况逐渐增多增强，对视频监控信号传输质量造成较大影响，分辨率和清晰度难以满足场站站控室和公司调控中心对于日常生产情况的实时监测，不利于及时发现异常情况并做出有效预警和紧急处置。

2 改造实施

2.1 RTU系统改造

RTU 改造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。系统总体结构如图所示。从普通阀室获得的数据，通过无线网络传输到数据远传系统管理服务器，实现远程RTU 阀室相应功能(见表1)。

表1 RTU阀室改造前后功能对比表

2.2 视频监控升级

(1)硬件设备升级改造方面：使用了8路模拟信号+8路数字信号的混合型DVR 终端和防爆一体化网络摄像机更换原有的模拟DVR 终端及现场相机；经现场端线路端传输至中心端，实现实时监视与控制功能；在场站端及调控中心端通过专业网管软件进行现场端设备管理及远程配置及控制。

(2)视频监控线路优化方面：采用光电混合缆代替原有同轴电缆加电力电缆的敷设方式，采用光信号进行数字视频信号传输，防止场站已有电力电路及24V 弱电信号线路对视频信号造成的干扰，同时也有效防止了随着时间的增长同轴电缆视频信号产生的干扰及衰减情况，便于使用及检查、维修、维护等工作的开展。

(3)重新分配及调整传输线路带宽方面：充分分析现有光缆传输业务配置情况，利用OSN3500光传输网管与业务进行重新划分与配置，充分利用带宽共享的理念，利用VLAN 等技术既有效隔离了视频监控、视频会议、软交换、调度电话等业务，也使相关业务共享已有带宽，提高了资源的使用效率，同时不用增加光板扩容等成本性投入。

实施完成后监控效果有明显的提升。实现了对工艺区的高清视频监控，很好实现对原有视频监控系统各设备的兼容，突出了改造重点，为调度指挥、远程监控、异常预警、应急处置提供了强有力的技术支持

3 绿色制造理念的应用和实践分析

绿色、智能是制造业转型的主要方向。《中国制造2025》中，“绿色”作为一个关键词出现了40余次。全面推行绿色制造，必须聚焦“绿色”主题，按照全生命周期的理念，革新传统设计、制造技术和生产方式，全面实现“绿色化”，加快构建起以“绿色”为特征的制造体系，无论是RTU 改造还是视频监控改造的过程都体现着绿色制造的理念。

3.1 RTU改造实施过程中的绿色制造优势

(1) RTU 改造使用无线数据传输设备代替传统的光传输设备，使用太阳能板+太阳能充电控制器+蓄电池的方式代替传统的市电接入+UPS+蓄电池组的供电方式，将仪表间内RTU机柜内各单元模块集成至RTU 控制单元并放入防爆接线箱内(见图2)，减少了征地、外电接入、土建工程等实施环节，改造周期短、改造成本约为传统阀室的十分之一，同时减少了对周边环境、土地、市电资源等的影响，减少了项目投入，充分体现了绿色制造的理念。

图2 RTU改造实施情况

(2)从历史数据中可以看出管线所在的江西山区是太阳能资源较为贫乏的地区。因此，系统中太阳能的充电效率要高，安装在阀室的设备功耗要非常低。

现场设备的低功耗设计是十分重要的，低功耗设计可在供电条件不变情况下更长的延长使用时间或降低蓄电池容量。现场采用低功耗器件及独特的软件设计使得产品功耗只有同类产品的30%。

阀室设备的电路设计考虑采用低功耗设计，采用利于休眠技术降低功耗，采用MCU 智能控制太阳能电池对蓄电池充电，防止蓄电池过充过放。具有欠压自动保护功能。

所有元器件均使用工业级、低功耗。采用多层板，高度集成，元器件经过筛选及高温老化，提高稳定性，光电偶合隔离技术防止干扰。高效率、低功耗的设备的制造和使用也体现了绿色制造的理念。

3.2 视频监控改造是对绿色制造理念的进一步延伸

(1)资源的合理配置。经过改造充分利用了管网伴行光缆资源，将不同类型数据进行有效隔离，合理分配带宽，确保了SCADA 数据和视频监控等信号有效传输。

升级改造完成后对视频监控数据的传输进行了全面的优化，不再通过与SCADA 系统数据共用带宽的方式进行传输。通过VLAN 的划分与视频会议、软交换等办公类数据充分共享带宽资源，不但充分利用业务间隔开展的特点提高了环网伴行光缆光通信带宽的利用效率，也减少了对OSN3500光传输系统平台低阶交叉资源的占用。

(2)经济性与可扩展性。通过仅针对工艺区进行高清视频监控改造，相当于只对原有监控系统的几分之一进行改造，节省了改造成本，原先改一个站的成本可以改多个站，实现了对天然气场站生产作业最重要的环节的有效监控。

(3)改造后的系统兼容原有模拟终端设备，替换后的设备可作为备件继续使用，同时改造后的系统具备可扩展性。系统设计中考虑到技术的发展和使用的需要，具有更新、扩充和升级的可能。并根据今后实际要求扩展系统功能，同时，方案在设计中留有冗余，以满足今后的发展要求。

(4)兼容性与可重复利用性。经过改造后的终端设备选择混合型网络硬盘录像机，既兼容原有视频监控模拟信号，又兼容新增加高清网络视频信号，同时改造换下的设备均可利旧使用，也为今后再进行改造打下基础，不必重复更新主体设备。充分体现了绿色制造的理念。

(5)改造完成的实际效果。通过高清视频监控的应用，调控中心加强了场站日常巡检管理，有效避免了不按时巡检和巡检不到位的情况，增强了安全保障。改造完成后的实际应用，使远程指挥变成一种日常行为，平时作业活动场站值班人员在站控室进行有效监督，较大作业活动调度值班人员在调控中心远程监督，确保严格按照所审批完成的作业票一步步执行，重要作业活动由公司安全生产部门负责人及分管领导在调控中心远程指导，确保作业各个环节安全、可靠，有效应对突发情况。

4 结语

作为天然气管网公司运行管理来说，绿色制造理念的应用是持续的课题，为达到安全、经济、高效运行，必须始终把绿色制造的理念放在重要位置，在奉献清洁能源的同时，深入推进绿色制造理念，不断在自动化、数字化、智能化、国产化的方向上有所创新有所突破，在充分利用现有资源前提下开展基于绿色制造理念的升级改造工作，确保技术领先，确保安全平稳运行，确保国有资产保值增值。