天然气集输过程中的信息化管理系统应用

吴 垠

（重庆燃气培训学院，重庆 400050）

0 引言

集输系统是开发、利用天然气的重要环节，其运行过程中会涉及大量且复杂的信息，例如管线运行情况、计量站运行情况及安全状况等。传统管理手段及方式已难以满足现在天然气企业及集输工程的发展需求。因此，开发设计一个统一、高效且安全的集输信息管理系统对集输系统进行实时监测及管理，对推动天然气企业及行业发展有深远的现实意义[1]。为了满足天然气集输信息化管理及安全管理的需求，遵循“分布式监测，一体化管理”的原则，运用现代信息化技术构建了一个统一的、能够自动监测数据及采集信息的信息化管理系统，该系统有助于更加高效地开展集输信息的监测、查询及管理等工作。该系统是基于C/S+B/S混合软件架构而设计开发的，采取分布式部署的方法且将系统分有2个层级：1） 计量站实时监测系统。该系统连接在计量站的工控机上，是基于C/S架构开发而成的，可有效提高工控机的运行效率及质量，还可以有效地将服务器的负荷控制在合理范围内。2） 集输信息管理系统。该系统是根据B/S架构而设计开发的，不仅方便了各部门的使用及对系统的升级维护，而且也提高了系统的集成化，可以对多个不同地区的计量站信息及数据进行有效管理。

1 远程实时监测系统

1.1 总体结构

该天然气计量站的远程实时监测系统的组成部分主要包括计量间及现场仪表间，设备主要有远程测控终端设备、不间断电源UPS、加密狗、工业计算机控制设备及打印机等。为增强监测系统的可靠性，2台工业计算控制设备采取主辅机设计，并用TCP/IP协议通信将主机和辅机连接到一起；再用RS485总线及Modbus协议把主机跟采集模块连到一起，在使用过程中可以实现互相热冗余备份。同时，以不间断电源UPS为后备电源，可确保系统不受停电等因素的影响；加密狗可以验证系统管理员的身份，提高了监测系统的安全性。在现场仪表间中有用于监测温度、压力及差压等数据的电子仪表设备[2]。该远程实时监测系统的网络拓扑结构如图1所示。

图1 远程实时监测系统的网络拓扑结构示意图

1.2 工作流程

该远程实时监测系统的功能主要包括统计管道的流量、结合运行情况进行数据分析、实时报警、报表打印、参数设置及网络通信等，为确保数据安全，实现权限管理，还应用了工业安全概念，并按简洁开放的工业设计原则对人机交互界面进行优化设计。该远程实时监测系统的工作流程如图2所示。

图2 远程实时监测系统工作流程示意图

1.2.1 系统初始化

因为该实时监测系统只要开始运行就会不断地采集数据及计算数据，所以为保证运行质量，需要先初始化实时监测系统的参数、数据库文件及加密密钥等，再进行其他操作。

1.2.2 数据采集及流量计量

该天然气管道系统采用的是标准孔板计量法统计流量。为确保准确地统计相关数据，在管道上布置了很多的温度传感器、压力传感器及差压传感器，用来采集管道的相关流量信息及天然气组分，再按照标准孔板计量法来计算天然气管道的瞬时流量。

1.2.3 主机与采集模块通信

利用Modbus协议计量站主机可以获得RS485总线中的所有RUT数据及信息，并可以对其进行相应的处理。

1.2.4 监测报警

监测报警是指当监测管道中的相关数据出现异常时可以实时报警，以便第一时间发现及解决问题，确保整个系统的安全运行。该实时监测系统主要是通过管道上的温度传感器、压力传感器及差压传感器来监测采集数据，并在异常时发出警报。同时，因为报警事件具有突发性特征，所以为确保报警的准确性及有序性，采取队列技术对报警进行设计，使危险事件能够根据时间前后有序发出报警信号，并将其记录和储存在系统中。

1.2.5 数据处理

数据处理主要是指对数据进行加密、储存、查询及打印相关报表等。该实时监测系统中不仅设计了访问数据库的权限，而且还设计了相应的加密方法，即对数据进行加密后再传送出去或存至数据库中，有效地保障了数据的安全性。同时，该系统中针对工作交接用的报表进行了统一设计，并且可以将当天整点的温度、压力、差压、瞬时流量及累计流量等相关数据调出来自动打印成报表，提高了工作效率。

1.2.6 主机与Web服务器通信

因为计量站通常都是布置在不同的地点及区域，所以只有通过实施监测软件及数据服务器的通信网络才能实现整个系统及综合信息管理系统的信息共享。为此，针对用户设计了相应的服务器IP地址和通信端口，使用户通过LabVIEW的DataSocket通信功能来上传所需要的信息及数据，同时，系统的接收服务器端会根据指令信息作出对应的反应。

1.2.7 权限管理

对计量站来说，其在人员配置上比较复杂且人员技术水平各有不同，同时，系统参数设置直接影响流量计量的准确性。因此，为了使流量计量足够准确，并避免人为操纵因素影响系统的参数设置，针对实时监测系统设计了未登录、系统管理员和应急账号3个等级的用户权限，即未登录状态下，实时监测系统也是可以正常运行的；登录系统管理员账号后，可以根据需要设置和修改相应的数据及参数且所有的操作会保存在系统内，方便后期查看。

2 集输信息管理系统

2.1 总体结构

该天然气集输信息管理系统采用B/S结构、J2EE架构、XML技术及Java语言来开发，其数据库选用的是关系型数据库MySQL，并通过Hibernate与系统进行连接，确保系统可以稳定地运行。

2.2 系统功能

为满足用户需要，该集输信息管理系统集合了GIS功能，可以将各计量站及管道的空间地理信息显示出来。同时，系统也具有良好的交互功能，即用户查询信息时，系统可快速匹配GIS数据接口，并实现与管道管理及巡检等系统的信息共享。为了在确保不同部门及不同等级用户都能接触到与其相符的数据信息及系统服务的同时，保障系统的安全，该系统也设置了相应的权限管理。另外，该集输信息管理系统也具有实时数据显示、历史数据查询、分析及报表打印分析等功能。总体来说，可将集输信息管理系统的功能分为用户管理、生产信息管理及实时监控3个模块，具体如图3所示。

图3 系统功能结构图

2.3 系统功能的设计及实现

2.3.1 主索引图的设计及实现

主索引图功能界面是根据ExtJS内经典的Border布局进行的设计，且将界面分成了菜单栏、工具条栏及显示栏3个部分。其中，根据WebGIS构建了主索引，主索引页面可以对GIS地图进行放大、缩小及移动等操作。同时，也在计量站点及管道中设计了用户事件监听功能，即用户单击计量站点或者管道时，系统会显示计量站点或管道的实时数据及信息；用户双击计量站点或者管道时，系统会显示其属性信息。用户也能够利用该界面对某一计量站点的实时数据进行监测[3]。

2.3.2 数据查询的设计及实现

数据查询功能模块主要由实时数据监测分析模块和历史数据分析模块2个部分组成。其中，实时数据监测分析模板又按其对象不同分为计量站点实时数据分析模块和管道实时数据分析模块。例如用户单击主索引图内的计量站点时，系统便可以从数据库找到该站点的实时流量情况并显示出来。而且，用户也可以从菜单栏中选择想要查看的计量站，分析其输差情况。对管道来说，是从两端统计其流量信息，则用户单击图中的管道时，系统可以把2个计量站间的管道流量输差情况及时准确地分析出来。同时，也将系统的管道数据分析功能分为历史数据分析、年数据分析及余额数据分析3个部分，用户可按照需要来查看及分析某一时间段内管道的温度、压力、差压、瞬时流量及累计流量等信息，最后可以形成折线图或柱形图。

2.3.3 计量站点及管道动态添加的设计及实现

天然气企业在运营及发展过程中，肯定需要建设新的计量站点或者添加新的输气管道，为了满足这一现实需求，该系统设计了计量站点及管道的动态添加功能，增强了系统的拓展性。例如，添加新计量站点时，只要在地图上选定新站点位置并输入站点设备资料及相关工作人员基本信息，再单击确认便可以完成添加新站点的任务。

2.3.4 数据接口的设计及实现

为了避免在添加新计量站的过程中可能会采用其他监测系统的情况并进一步提高系统的拓展性，需要对系统的数据接口进行开放设计，既能增强系统的拓展性，也可实现跟其他系统的数据共享。该系统接口由数据库接口和表现层接口2个部分组成。其中，数据库接口可以接收其他系统传来的数据和信息，实现跨平台计量站监测系统的信息交互。表现层接口可以与短信系统、邮件系统及管道系统等多个系统实现集成和融合，可以方便用户使用。集输信息管理系统的外部数据接口设计情况见表1。

表1 系统外部数据接口设计情况

2.3.5 用户安全登录的设计及实现

该集输信息管理系统结构采用的是B/S结构，用户可通过浏览器进行登录访问，这虽便于使用，但也降低了系统的安全性。因此，对集输信息管理系统的登录验证进行安全处理，划分用户权限，以保障系统的安全。同时，该系统采用用户名密码+USBKey双重认证法，可有效避免因用户名+密码方法认证简单而给系统带来巨大的潜在风险。系统管理员可以给每位用户设计专属的权限及加密锁且加密锁是唯一的密钥，即在登录验证身份时，不仅要验证用户名及密码，而且也要验证密码锁是否匹配，这进一步提高了集输信息管理系统的登录安全性。该集输信息管理系统的登录验证流程如图4所示。

图4 登录验证流程

3 结语

综上所述，在“数字油田”、“数字石化”等理念不断普及发展的背景下，石油化工企业之间的信息化竞赛已然开始，其中天然气集输工程的信息化是一个重点工程。因此，为了能在市场竞争中站稳脚跟，石油化工企业就需要结合自身的实际发展需要，加大对天然气集输的信息化投入，构建统一的综合化集输信息平台，实现集输信息资源的共享及最大化利用，提高石油化工企业的运行效率及管理水平，从而谋求更大的发展空间。