CN105987283B - 基于scada系统的天然气管道阴极保护远程监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于SCADA系统的天然气管道阴极保护远程监测装置，包括：数据采集层，用于获取管道的监测点实时工况数据和恒电位实时工况数据；网络通信层，用于发送数据采集层获取的监测点实时工况数据和恒电位实时工况数据；远程监控层，用于根据接收到的监测点实时工况数据和恒电位实时工况数据对管道进行阴极保护，并将数据存入SCADA系统数据库。与现有技术相比，本发明具有可操作性高、维护成本低等优点。

Description

基于SCADA系统的天然气管道阴极保护远程监测装置

技术领域

本发明涉及一种天然气管道监测装置，尤其是涉及一种基于SCADA系统的天然气管道阴极保护远程监测装置。

背景技术

天然气地下输气钢管的防腐和保护是关系到管道输气运行状态、确保天然气输气安全、延长管道使用寿命的重大问题，是管道日常管理的重要工作内容。

传统的管道阴极保护检测存在下列问题：

(1)传统检测方式采用巡线的方式，隔一段时间由专业队伍沿线检测一次，因此数据不连续、不及时；

(2)阴保数据没有对应计算机数据处理和分析软件，数据的利用率和共享率不高，对指导日常管道阴极保护管理的功效不高，限制了管道管理水平提升。

(3)由于采用人工数据采集的方式，因此，数据的精度和可靠性相对较差，存在人为误差的痕迹。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可操作性高、维护成本低的基于SCADA系统的天然气管道阴极保护远程监测装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于SCADA系统的天然气管道阴极保护远程监测装置，包括：

数据采集层，用于获取管道的监测点实时工况数据和恒电位实时工况数据；

网络通信层，用于发送数据采集层获取的监测点实时工况数据和恒电位实时工况数据；

远程监控层，用于根据接收到的监测点实时工况数据和恒电位实时工况数据对管道进行阴极保护，并将数据存入SCADA系统数据库。

所述数据采集层包括若干阴保数据采集终端和若干恒电位仪，所述阴保数据采集终端分布在管道沿线的各个监测点处，所述恒电位仪设在与监测点对应的门站内。

所述阴保数据采集终端包括不锈钢管桩、探头单元、接地单元、采集终端、测试单元和天线接收端，所述不锈钢管桩设在监测点处，所述采集终端、测试单元和天线接收端设在不锈钢管桩内，所述采集终端分别连接探头单元、接地单元和测试单元，所述探头单元、接地单元设在天然气管道处。

所述探头单元包括极化探头和极化探头电缆，所述极化探头通过极化探头电缆与采集终端连接；

所述接地单元包括接地体和接地电缆，所述接地体通过接地电缆与采集终端连接，所述接地电缆通过管道电缆与天然气管道连接；

所述测试单元包括测试接线盒和测试电缆，所述测试接线盒一端通过测试电缆与采集终端连接，另一端与天线接收端连接。

所述数据采集层还包括分别连接阴保数据采集终端和恒电位仪的报警器。

所述网络通信层包括GPRS无线网络通道和光缆，所述阴保数据采集终端通过GPRS无线网络通道与远程监控层连接，所述恒电位仪通过光缆与远程监控层连接。

所述远程监控层包括阴保远程监测主站、SCADA系统数据库和SCADA调度管理服务器，所述阴保远程监测主站分别连接SCADA系统数据库和SCADA调度管理服务器，并通过网络通信层与数据采集层连接。

所述SCADA系统数据库包括阴保工况数据汇总库和阴保资料数据汇总库。

还包括移动终端，该移动终端通过GPRS无线网络通道与阴保数据采集终端连接。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)由于阴极保护系统纳入天然气输气管道SCADA系统，使得阴保监测管理与SCADA集成在统一的平台上，提升了天然气管道调度管理系统的系统性和完整性。

(2)由于共享SCADA系统的网络通信层资源和操作管理层资源，节约了系统投资成本，提高了系统的可操作性，并降低了系统维护成本。

(3)以数据库为核心的输气调度管理不仅全程记录天然气输气状况，同时，也记录阴极保护运行状况，具备真实还原整个天然气输气过程的能力；同时具备天然气运行管道状况数据的查询能力，为天然气输气管道运行和维护的优化分析以及管理决策提供有力支撑。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的数据流向图；

图3为本发明阴保数据采集终端的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1-图2所示，本发明实施例提供一种基于SCADA系统的天然气管道阴极保护远程监测装置，分三个层面，与典型SCADA系统结构相一致，并依此对应融入SCADA系统的三层构架：

(1)数据采集层，用于获取管道的监测点实时工况数据和恒电位实时工况数据，包括若干阴保数据采集终端1和若干恒电位仪2，所述阴保数据采集终端1分布在管道沿线的各个监测点处，所述恒电位仪2设在与监测点对应的门站内。阴保数据采集终端采用RTU，恒电位仪采用PLC。

(2)网络通信层，用于发送数据采集层获取的监测点实时工况数据和恒电位实时工况数据。网络通信层包括GPRS无线网络通道3和光缆(LAN)4，所述阴保数据采集终端1通过GPRS无线网络通道3与远程监控层连接，所述恒电位仪2通过光缆4与远程监控层连接。

(3)远程监控层，用于根据接收到的监测点实时工况数据和恒电位实时工况数据对管道进行阴极保护，并将数据存入SCADA系统数据库。远程监控层包括阴保远程监测主站5、SCADA系统数据库8和SCADA调度管理服务器6，所述阴保远程监测主站5分别连接SCADA系统数据库8和SCADA调度管理服务器6，并通过网络通信层与数据采集层连接。SCADA系统数据库包括阴保工况数据汇总库和阴保资料数据汇总库。其中，阴保工况数据汇总库由数据采集层采集得到，包括工况参数属性表、实时数据刷新表、工况数据跟踪记录表、小时数据统计表、日数据统计表、月数据统计表和年数据统计表。阴保资料数据汇总库由手工输入得到，包括资料数据表集和管理数据表集，资料数据表集包括管道基础资料表、故障诊断资料表和故障处理预案表，管理数据表集包括测点管理信息表、维修启示表、权限配置管理表和操作员信息表。

1、数据采集

(1)阴保数据采集终端

本实施例中，阴保数据采集终端1集成了无线通讯技术、低功耗技术，实现了管道保护电位的自动检测、数据采集与传输。如图3所示，阴保数据采集终端1包括不锈钢管桩101、探头单元、接地单元、采集终端102、测试单元和天线接收端111，不锈钢管桩101设在监测点处，采集终端102、测试单元和天线接收端111设在不锈钢管桩101内，采集终端102分别连接探头单元、接地单元和测试单元，探头单元、接地单元设在天然气管道108处。

探头单元包括极化探头103和极化探头电缆104，极化探头103通过极化探头电缆104与采集终端102连接；接地单元包括接地体105和接地电缆106，接地体105通过接地电缆106与采集终端102连接，接地电缆106通过管道电缆107与天然气管道108连接；测试单元包括测试接线盒109和测试电缆110，测试接线盒109一端通过测试电缆110与采集终端102连接，另一端与天线接收端111连接。

在工艺上，阴保数据采集终端采用了不锈钢管桩方式，使得采集仪满足埋地安装要求。阴保数据采集终端具有存储芯片，最大支持存储12000条数据，当天不能上传的数据，第二天会重新传输给服务程序，保证了数据的连续性，其主要功能特点如下：

a)数据通讯方式

通讯方式支持GPRS、GSM无线通讯方式以及以太网有线通讯方式。

b)自动采集和上传数据

能够每天定时自动进行数据采集和传输，采集的数据包括管道保护电位和交流干扰电压，数据发送密度可由用户在监控平台上设置。

c)支持连续检测，方便对重点部位的监控

能够设定高密度采集时间段，采样频率达到1条/10秒，能够有效检测杂散电流的干扰情况。

d)低功耗设计，2年内无需更换电池

采用低功耗技术，在使用一次性电池供电、每天采集1条数据的情况下，设计使用时间5年，且电池易于更换。

e)稳定可靠，允许埋地使用

整机防护等级达到IP65，主机可以埋地或在水下正常工作。同时，防雷保护充分，满足现场环境要求。

f)现场安装形式多样，满足防盗需要

测试桩形式采用不锈钢管测试桩。

g)免维护安装

现场安装只需要连接管道阴极线和参比电极线即可，与普通测试桩形式相似，操作简便。正常使用过程中，所有数据自动采集、存储，无需维护。

(2)恒电位仪

恒电位仪安装在门站，用于管道的强制电流阴极保护。

恒电位仪整体说是一个负反馈放大—输出系统，与埋地天然气管道构成闭环调节，通过参比电极测量通电点电位，作为取样信号与控制信号进行比较，实现控制并调节极化电流输出，使通电点电位得以保持在设定的控制电位上。恒电位仪中设有报警电路。

恒电位仪基本技术性能：

参比电位控制范围：-3.000V～+1.000V连续可调；

参比电位控制误差≤±5mV；

参比电极输入阻抗＞2MΩ，流经参比电极电流＜1μA；

参比输入抗50Hz干扰大于40V；

纹波系数≤1％；

恒电流控制精度≤±1％；

满载工作效率(整机工作效率)≥90％；

断电测试功能：通断时间可以由用户调整，缺省设置为通12秒，断3秒；

运行参数自保持功能：断电停止运行后，恢复供电后仪器在原设定参数下自动开始运行。

(3)报警功能

本发明另一实施例中，数据采集层还包括分别连接阴保数据采集终端和恒电位仪的报警器，实现以下报警功能：

a)报警的显示方式：所有报警均提供声光报警，同时在液晶屏上显示报警的原因。

b)输出电流、电压超限报警功能：输出电流或电压超过额定值的105％时，仪器报警。

c)电位超限错误报警功能：参比电位超过“过欠电位报警值”上限或低于“过欠电位报警值”下限时，仪器报警。过、欠电位报警值上下限为预置电位±50mV。

d)极性错误报警：恒电位仪输出极性接反时，仪器报警且自动停机。

2、网络通信

(1)阴极保护数据

阴极保护监测点分布于燃气管道沿线，无市电供电，也无通信接入端，因此，推荐采用GPRS无线通信方式远程传送数据。

GPRS(General Packet Radio Service)是在现有GSM系统基础上发展出来的一种新的网络业务。GPRS采用分组交换技术，每个用户可同时占用多个无线信道，同一个无线信道又可由多个用户共享，实现资源有效的利用，从而实现高速率数据传输。GPRS支持基于标准数据通信协议的应用，可以实现与IP网、X.25网互联互通。GPRS具有全双工运作，间隙收发，永远在线，只有的收发数据才占用系统资源，计费方式以数据传输量为准等特点，由于GPRS的核心层采用IP技术，底层可使用多种传输技术，这使得它较易实现端到端的。广域的无线IP连接，以实现某种特定功能。本实施例中，可采用移动通信系统2G/3G传输，远程监控层通过防火墙、互联网与GPRS连接。

(2)恒电位数据

恒电位仪安装在相关门站控制室，可以直接接入门站站控系统，然后经远程光缆上传至远程监控层。

3、远程监控平台

(1)阴保远程监测主站MTU

阴保远程监测主站的作用是接收各远程终端上传的工况数据，进行解析并转存到SCADA系统数据库，SCADA系统与阴保远程监测系统的数据交接界面设在数据库层面，通过数据交换库，SCADA系统自动将数据转存到对应的数据表。

阴保远程监测主站的用户功能包括现场数据巡检、定点连续监测、当班管理及报表系统、阴保运行查询和统计、管道资料管理、系统管理等内容。整个系统以嘉兴天然气目前的SCADA调度监控平台为依托，将阴保监测和管理纳入到燃气调度管理体系之中，形成统一、完整的系统整体结构。

(2)辅助支持功能

计算机辅助阴保管理辅助支持系统提供阴保维护计划编制、报警处置指令提示、阴保资料浏览和历史记录调阅功能。并为将来基于GIS系统的计算机阴保专家系统预留数据接口。系统提供与SCADA软件和生产数据库的数据接口。

a)阴保维护计划编制功能

支持阴保维护计划编制，包括阴保监测终端检修计划、恒电位强制电流阴极保护实施计划等，使当班操作人员能方便的获取阴保维修计划，更好的进行阴保维护作业。

b)报警处置指令提示功能

通过网络化流程对管道维护部门下达报警处置指令，以及上传阴保报警处置结果的记录和确认。

c)阴保资料浏览和历史记录功能

对历史数据库中的数据进行分析，能提供各种阴保资料和记录，如预案、作业规范和阴保持续运行时间等参数。支持对直接采集的仪表设备数据进行报警条件设置。

d)监测终端远程设置功能

操作人员可以对阴保监测终端进行远程设置。

本发明的另一实施例中，还包括移动终端7，该移动终端7通过GPRS无线网络通道与阴保数据采集终端1连接。

本发明在嘉兴天然气输气管道SCADA系统中得到试验实施。

Claims (8)

1.一种基于SCADA系统的天然气管道阴极保护远程监测装置，其特征在于，包括：

数据采集层，用于获取管道的监测点实时工况数据和恒电位实时工况数据；

网络通信层，用于发送数据采集层获取的监测点实时工况数据和恒电位实时工况数据；

远程监控层，用于根据接收到的监测点实时工况数据和恒电位实时工况数据对管道进行阴极保护，并将数据存入SCADA系统数据库；

所述SCADA系统数据库包括阴保工况数据汇总库和阴保资料数据汇总库，其中，阴保工况数据汇总库由数据采集层采集得到，包括工况参数属性表、实时数据刷新表、工况数据跟踪记录表、小时数据统计表、日数据统计表、月数据统计表和年数据统计表；阴保资料数据汇总库由手工输入得到，包括资料数据表集和管理数据表集，资料数据表集包括管道基础资料表、故障诊断资料表和故障处理预案表，管理数据表集包括测点管理信息表、维修启示表、权限配置管理表和操作员信息表；

阴保远程监测主站的作用是接收各远程终端上传的工况数据，进行解析并转存到SCADA系统数据库，SCADA系统与阴保远程监测系统的数据交接界面设在数据库层面，通过数据交换库，SCADA系统自动将数据转存到对应的数据表；

阴保远程监测主站的用户功能包括现场数据巡检、定点连续监测、当班管理及报表系统、阴保运行查询和统计、管道资料管理、系统管理的内容，整个系统将阴保监测和管理纳入到燃气调度管理体系之中，形成统一、完整的系统整体结构。

2.根据权利要求1所述的基于SCADA系统的天然气管道阴极保护远程监测装置，其特征在于，所述数据采集层包括若干阴保数据采集终端和若干恒电位仪，所述阴保数据采集终端分布在管道沿线的各个监测点处，所述恒电位仪设在与监测点对应的门站内。

3.根据权利要求2所述的基于SCADA系统的天然气管道阴极保护远程监测装置，其特征在于，所述阴保数据采集终端包括不锈钢管桩、探头单元、接地单元、采集终端、测试单元和天线接收端，所述不锈钢管桩设在监测点处，所述采集终端、测试单元和天线接收端设在不锈钢管桩内，所述采集终端分别连接探头单元、接地单元和测试单元，所述探头单元、接地单元设在天然气管道处。

4.根据权利要求3所述的基于SCADA系统的天然气管道阴极保护远程监测装置，其特征在于，所述探头单元包括极化探头和极化探头电缆，所述极化探头通过极化探头电缆与采集终端连接；

所述接地单元包括接地体和接地电缆，所述接地体通过接地电缆与采集终端连接，所述接地电缆通过管道电缆与天然气管道连接；

所述测试单元包括测试接线盒和测试电缆，所述测试接线盒一端通过测试电缆与采集终端连接，另一端与天线接收端连接。

5.根据权利要求2所述的基于SCADA系统的天然气管道阴极保护远程监测装置，其特征在于，所述数据采集层还包括分别连接阴保数据采集终端和恒电位仪的报警器。

6.根据权利要求2所述的基于SCADA系统的天然气管道阴极保护远程监测装置，其特征在于，所述网络通信层包括GPRS无线网络通道和光缆，所述阴保数据采集终端通过GPRS无线网络通道与远程监控层连接，所述恒电位仪通过光缆与远程监控层连接。

7.根据权利要求1所述的基于SCADA系统的天然气管道阴极保护远程监测装置，其特征在于，所述远程监控层包括阴保远程监测主站、SCADA系统数据库和SCADA调度管理服务器，所述阴保远程监测主站分别连接SCADA系统数据库和SCADA调度管理服务器，并通过网络通信层与数据采集层连接。

8.根据权利要求6所述的基于SCADA系统的天然气管道阴极保护远程监测装置，其特征在于，还包括移动终端，该移动终端通过GPRS无线网络通道与阴保数据采集终端连接。