面向无人值守的长输天然气作业区一体化管控平台设计

2023-12-18延旭博

科技与创新 2023年23期

延旭博

（河北省天然气有限责任公司，河北石家庄 050000）

输气站是长输天然气管网的重要节点，具有过滤、气量计量、分输和调压等功能，既是易燃易爆场所，也是保障民生的基础设施。加强输气站的安全运行管控对天然气管网整体平稳运行尤为重要。同时，随着视频监控、燃气泄漏检测仪、振动光纤等传感设备数据采集技术的日趋成熟，监测数据采集精度的不断提高及人工智能、大数据分析应用技术的发展，以技防为主，人防、物防为辅的全新管道智能管理方式逐渐普及并得以推广应用[1]。

为加强管网安防管理水平，输气站的运行及安全管控系统包括工业电视监控、周界安防系统、消防火灾、人员定位系统、110 一键报警系统、泄漏监测系统、门禁系统、扩音系统、SCADA 系统以及生产管理、长输管道GⅠS、智能巡检等软硬件系统。但目前各站场安防子系统之间均独立运行，缺乏统一规范，数据不互通，只能在本输气站查看，无法满足无人值守模式下作业区管理模式的需求。为了提高输气站运行的安全可靠性，方便运维管理，实现多级综合管控，改变以前各个站场、阀室、长输管道安防系统相对独立的状态，打破各个系统的数据孤岛，开发作业区一体化管控平台，并提供二三维一体化监管平台，实现调控中心、作业区、场站三级联动管控，进一步提升管网安防监控能力，保障管网安全平稳运营。

1 输气站现有管控技术

1.1 无人值守与作业区管理

无人值守是通过采用集中调控、自动分输、电动流量调节等技术和设备，实现输气站无需人员驻守和操作，通过调控中心可以实现输气站内各类阀门的开关、泄漏监控，一线运行人员集中在作业区办公，同时负责多个站场的管理，并定期对所辖站场进行检查和维护的工作模式。通过无人值守的应用，运行人员摆脱了工作烦琐的现场作业，将更多的精力投入运行提升和安全管理。

1.2 输气站现有管控手段

工业电视（视频监控系统）。为保障站场安全可控，输气站设有视频监控系统，可在本地电脑上使用专用软件查看，并通过专线将视频数据传输到调控中心。

巡检系统。巡检系统作为管线安全管理的重要系统，具备现场数数据采集、巡检事件记录、隐患管理、隐患处理、巡检任务管理、人员考核、轨迹记录等功能。该系统集成巡检隐患及处理全流程数据，保障值班人员实时掌控管线周边通过巡检发现的隐患及处理全流程。

SCADA 系统。SCADA 系统是通过PLC 和上位机，对现场的各类参数进行采集和展示，如流量、压力、温度等，是目前管道运营企业使用最多、覆盖最全的系统之一，已实现对所有站、阀室及重点监测点位数据的采集及监控。

周界安防系统。周界安防系统采用振动光缆周界安全系统。该系统专门针对栅栏、防护网之类的防护设施的周界震动报警而设计，当有人试图剪断或者攀爬铁丝网时它能准确地探测并定位入侵地点，并为周界的每个模块及辅助探测器供电，而不需其他设备或线缆。

燃气泄漏监测系统。输气站的各类设备连接处，如法兰连接、各类变送器的旋塞底座，在长期运行后或安装不当时，不可避免地存在天然气泄漏风险。为此，站内设有激光云台，持续对站内进行自动扫描，基于激光吸收光谱技术对泄漏气体进行监测，并能够在发现泄漏后持续跟踪和影像记录，协助运行人员判断泄漏位置。

门禁系统。输气站安保等级高、风险大，为防范外来人员无授权进入输气站，输气站安装了具备人脸识别和指纹识别功能的门禁系统，同时输气站值班室内配备了门禁专用的手持控制器，可远传开门。

消防火灾系统。火灾报警系统主要设备为海湾t200 火灾报警控制器（联动型），具有功能强、可靠性高、配置灵活的特点，可在监测到火灾后联动相关的报警和处置设备。

一键报警系统。为了保障输气站安全和与公安系统的联动，输气站设置有一键报警系统，即在输气站值班室安装固定的报警器，在发生紧急情况时按下按钮，属地派出所就会接到警情，及时出警支援输气站的安保工作。

扩音系统。扩声系统是将预警信息等监控人员重点关注的信息通过扩音传到对应的场站位置，以方便提示或者警告。

1.3 当前管控手段的不足

当前管控手段的不足具体体现在以下3 个方面：①数据传输不统一。因各管控技术实施时间不一、技术要求不一，因此，有些数据传输到了供应商的云服务器，有些数据存储在本地，有些数据传输到了调控中心服务器。②平台不一致。各类监控手段的实现需要依靠不同的硬件，硬件供应商开发了不同的软件系统实现数据的展示和查看，运行人员需要登录不同的平台才能查看，增加了日常运维的工作量。③作业区缺乏有效的监管手段。因大部分数据存储在了输气站本地电脑，部分数据传输到了调控中心，只能依靠调控中心的监控和本地查看才能掌握现场情况，作业区人员无法及时、有效地掌握输气站的情况，造成了调控中心值班人员的工作强度过大。同时，作业区人员对输气站现场情况不明，一旦发生设备故障或紧急事故，只能赶到输气站后才能了解情况，从而耽误了最佳的抢险时机。

2 作业区一体化管控平台设计

2.1 设计原则

结合输气站各类技术手段的现状，为解决作业区在日常管理中的难点，设计和开发作业区一体化管控平台，实现对各类数据的统一传输、展示和管理，实现作业区掌握输气站现场的第一手数据[2]。

2.2 应用集成

考虑到智能化设备的快速发展，未来输气站将增加更多的监测设备，因此，在一体化管控平台设计中，要考虑系统良好的扩展性、互操作性和兼容性，同时为后期扩容和接入新设备预留条件，避免后期难以继续新增各类独立系统。

统一数据和流程接口。全部数据统一从数据中台采集，避免数据的无序传输和管理[3]。梳理现有各类设备运行和报警逻辑，同时将业务逻辑与流程分离，避免不同流程调用引起逻辑错误而使得现场设备误报警和误操作。

统一访问界面和调用。用户通过一个统一界面和不同标签实现对不同的监测数据和流程的访问。此外，设置用户的自定义界面，用户可自行对所需的数据进行采集、编辑和设置计算公式，方便与生产管理系统的数据进行核对。

统一功能结构。通过对功能进行模块化设计，提供标准化的功能组件或服务，用户可以结合功能需求自行调整和组合[4]。

2.3 数据和服务集成

数据集成依据业务数据资源内容管理的范围，结合公司网络及业务数据的基本特点，按照多种方式对数据进行组织，定义统一的数据标准；通过建立资源管理目录，对数据资源进行统一的分类和管理；通过统一数据管理模型，为系统集成过程中共享数据库建设提供依据，保证集成数据定义准确、无歧义。数据集成系统将以主流数据库系统为基础，全面分析多类型数据特点，并兼顾公司信息化系统的需求，形成充分考虑数据特性和管理效率的数据库和数据文件并存的中间数据存储。

服务集成。对于可以直接进行功能复用且已经微服务化的现有系统，直接采用微服务调用的方式进行功能集成，并根据具体的展示需求进行微服务的组织与编排[5]。

3 作业区一体化管控平台的功能设计

3.1 设计目标

作业区一体化管控平台采用3D GⅠS 平台作为可视化底座，整合工业电视监控、周界安防系统、消防火灾、人员定位系统、110 一键报警系统、泄漏监测系统、门禁系统、扩音系统，并通过总公司中间库对接SCADA 系统、GⅠS、智能巡检等数据，利用大数据、AⅠ、3D 可视化等技术，实现作业区分级管控、系统融合互联、预测预警可控，并提供智能分析和决策支持，实现管网安全防御的可视化、网络化、智能化管理。

3.2 功能设计

管理驾驶舱。管理驾驶舱平台基于3D GⅠS 平台，依托管道业务中间库及长输管道中间库汇集的管网、生产运行、巡检、视频监控、周界报警、泄漏监测、人员定位、消防火灾等数据，打破数据隔离，融合多监测数据源，通过详尽的监测数据，实时反映管网及场站的运行状态、资产情况、实时监测环境、安防现状等。管理驾驶舱最大化地发挥高数据效用，为各级管理层提供的“一站式” 决策提供支持[6]。

运行工况。系统引接SCADA 数据、视频数据、巡检数据，以丰富的图表形式，实时展示场站及各长输管网的主要运行参数（压力、流量、温度、运行状态、报警信息等）及现场视频监控画面，以二三维GⅠS平台加图表的形式直观呈现。

生产统计。生产统计新增以作业区为统计维度，统计所管辖管网管存，所属站进气、销气情况，所属用户供气量。

泄漏监测。泄漏监测是根据采集的激光式气体监测仪数据，对现场各类低温气体、常温气体、液体的跑、冒、滴、漏进行全天候24 h 在线监测。

周界安防。周界安防模块集成周界安防、门禁、消防火灾等系统数据，针对站场周边的入侵事件进行实时监测、报警，同时会调动响应摄像头进行跟踪录像，强化远程巡检智能化报警能力。周界安防按照厂商的数据格式预留对接接口，等数据接入中间库以后，再完成平台数据的对接任务。

综合报表。遵循作业区及场站安全防控规定，基于企业Web 报表工具，汇总安防预警数据，自动生成公司/作业区/场站安全日/周/月/年报、公司/作业区/场站事件日/周/月/年报、作业区报警统计报表。对接生产管理系统数据，以作业区为单位，生成作业区综合日/周/月/年报表。

系统管理。系统管理包括平台鉴权、用户及全局化的配置管理。

微信小程序。微信小程序提供作业区、场站及管网的重要监控参数快捷浏览，现场报警数据及时通知，现场情况快速上报、定位、导航、处理等功能，其中具体包括生产监控驾驶舱、事故上报、实时预警提醒、事件定位等功能。

3.3 技术指标

技术指标包括：①作业区一体化管控平台根据需要，需具备各种不同平台、不同规格监控摄像头，不同平台视频接入、管理、存储的能力。②平台底座需采用国产自主可控二三维GⅠS 引擎。③具备开放性，遵循国际主流标准、现行国家标准、行业标准及其他相关技术标准。④作业区一体化管控平台采用分布式设计方式，对相关的子系统应能进行功能性集成，集成在统一的平台和统一的人机环境界面上。站控制室内的运行维护人员应能通过管理监控终端上的同一图形界面看到各个模块的工作情况和设备工作状态。⑤采用模块化、开放式结构，网络接口应符合TCP/ⅠP协议，通过模块添加，实现与其他组成部分之间的无缝连接及联动集成。应在统一的界面内，对系统内所有事件进行综合处理，可以执行视频控制、切换显示、布防、撤防等命令，可以对各安防组成部分的运行参数进行设置和更改；各子系统之间可进行联动；同时应能对各子系统的运行状态进行监测和控制，对系统运行状况和报警信息数据等进行记录和显示，并具有足够容量的数据库。⑥系统支持电子地图，可在电子地图上自动显示报警点位置及布防图，发生报警可使具体报警位置闪烁。⑦具有多屏联合报警功能，至少支持3 屏的联合报警功能。⑧应留有多个数据输入、输出接口，实现更大规模的系统集成。⑨系统支持GⅠS地图，并支持离线地图访问应用。⑩综合作业区一体化管控平台集成软件和硬件需获得永久授权。⑪具备接入不同品牌、型号的周界设备。在满足作业区管控功能基础上，从空间及布局上进一步规划提升整体效果。