安全监控系统在长输管线中的应用论文

安全监控系统在长输管线中的应用论文（精选5篇）

安全监控系统在长输管线中的应用论文 篇1

随着我国建设管理体制改革不断深入，国内大型的油气长输管道工程建设管理模式不断创新，管道工程建设管理体系逐步与国际惯例接轨，一些国外工程公司、工程咨询服务公司通过合作监理、提供咨询等方式进入中国石油管道工程建设管理领域，给国内的油气长输管道工程项目建设者带来了很多新的理念、方法和管理经验。HSE（职业健康、安全与环境）管理体系是其中之一，它是一种目前在全球范围内，尤其是在石油石化行业中广泛推行的先进的体系化、规范化、科学化、制度化的管理方法，同时已成为石油石化行业的工程建设企业走出国门参与国际建设市场竞争必须具备的条件。中油朗威监理公司近年来参加了多条国内外不同规模的油气长输管道建设工作，在项目建设中了实施HSE管理体系的监理工作，本文就结合公司HSE一体化管理体系和这些管道建设项目的监理工作，谈谈HSE管理体系在长输管道工程建设监理工作中的应用。HSE管理体系基本概念

HSE管理体系是指实施职业健康、安全与环境管理的组织机构、职责、做法、程序、过程和资源等构成的整体。它由方针和目标、职责和策划、文件和资源、危险源（风险）识别与控制、实施和运行、协商和沟通、应急准备和响应、绩效测量、事故和不符合、纠偏和预防、评审和认证、持续改进等诸多要素构成，这些要素通过科学、有效、充分的运行模式有机地融合在一起，相互关联相互作用，形成一套结构化动态的管理系统。从其功能上讲，HSE管理体系是一种事前进行风险分析，识别和评价其自身活动可能发生的危害和后果，从而采取有效的防范和控制措施防止其发生，以便减少可能引起的人员伤

害、财产损失和环境污染的有效管理模式。HSE管理体系突出强调了事前预防和持续改进，具有高度自我约束、自我完善、自我激励机制，因此HSE管理体系是一种现代化的管理模式，是一种先进的企业管理制度。

HSE管理体系是三位一体管理体系。H（职业健康）是指人身体上没有疾病，在心理上保持一种完好的状态；S（安全）是指在劳动生产过程中，努力改善劳动条件、克服不安全因素，使劳动生产在保证劳动者健康、企业财产不受损失、人民生命安全的前提下顺利进行；E（环境）是指与人类密切相关的、影响人类生活和生产活动的各种自然力量或作用的总和，它不仅包括各种自然因素的组合，还包括人类与自然因素问相互形成的生态关系的组合。

由于健康、安全与环境的管理在实际工作过程中有着密不可分的联系，因此把健康（Health）、安全（Safety）和环境（Environment）形成一个整体的管理体系，是现代中国石油企业发展的必然。朗威监理公司2002年策划HSE通过 中不仅要保证自身的安全，而且对整个项目建设被监理的单位的安全起巡视、检查和监督、管理和协调的作用。油气长输管道工程建设具有施工战线长、点多面广，沿线自然条件、社会条件复杂，对健康安全环境不利影响多，管理跨度大的特点，因此，对从事长输管道建设安全监理的单位和人员提出更高要求，我们认为在管道工程项目建设HSE管理体系中监理组织的作用可以看作为安全监理责任的延伸。

2.1 HSE管理体系中监理组织机构和标准文件

为实现油气长输管道建设项目HSE管理目标，履行合同中HSE管理责任，监理单位建立的HSE组织机构，项目监理的HSE组织以总监理工程师为 火灾爆炸事故为零；创建安全文明工地。遵守国家法律、法规，实现治安管理“零”事件；实现“零”污染事故，建设环保绿色管道。

落实和实现HSE监理管理方针和目标是项目监理机构主要任务，项目监理部必须制定HSE监理体系程序文件（包括手册、程序文件、作业指导书、规章制度），编写具有有针对性的监理实施细则，为项目建设期间的HSE监理工作提供保证。以西气东输工程监理为例，中油朗威监理公司在西气东输管道建设HSE监理工作中，项目监理总部和分部组织编制了HSE管理程序文件、HSE巡视和检查用表、符合西气东输管道建设HSE管理要求HSE监理实施细则和涉及项目HSE监理的应急预案，另外还有一套与之相配套的记录表格、HSE监理工作月报表、专项HSE施工方案审核表、HSE交底底及验收情况检查汇总表等，根据西气东输管道项目沿线监理的需要及时补充一些如自然保护区、生态保护区、有限空间、石方段管道爆破、河流穿越、管线干燥、管线试压、地貌恢复实施细则等。由这些细则构成了西气东输项目监理HSE行为标准，也成为西气东输监理HSE监督管理的方法。每一个监理人员都在工作中把这些细则及应急方案作为最基本的要求来执行，总监理工程师领导的HSE组织机构进行定期考核，通过比较健全的HSE监理程序文件和实施细则确立了行动指南，取得HSE监理良好的效果。

2.2 HSE理念和企业文化

“健康安全，以人为本，创优质服务；遵规守法，科学管理，铸朗威品牌”朗威监理公司QHSE一体化管理方针，“莲品格、鹰文化”公司的企业文化赋予丰富内涵，莲花和雄鹰是企业象征。一体化方针体现以健康安全为保障，全体员工为基石，以服务的客户为中心，以

遵规守法为行为规范，以管理为手段和措施，打造朗威公司“从外到内”和“由内到外”的全新形象，公司站在新的高度HSE监理和公司管理理念和企业文化相融合，公司以保护地球，造福人类为己任，坚持可持续发展的战略，不断完善自身的环境行为，坚持污染预防的原则，对监理服务过程中的环境因素进行有效控制，节能降耗，合理使用资源、能源，防止或减少对环境的污染，让员工与企业在健康安全的环境下同步发展、共同进步。在管道建设监理工作中不断升华HSE管理理念，公司所有的监理人员无论身处何地，对HSE监理业绩负有责任，都有责任把HSE监理的工作做好，良好的HSE监理业绩是我们企业成功的关键，“一切事故都是可以预防的”，是公司HSE监理理念的集中体现。强调良好的企业文化对做好HSE监理工作的重要影响，良好的HSE理念，得到每一个监理员工的理解和认同。公司主要从三个方面强化HSE意识。一是领导以身作则，接受监督。公司例会、现场工地监理协调会都必须把HSE作为重点的工作进行讨论。把参与HSE列入对监理员工的考核内容。管理秩序，树立良好的HSE理念和良好的企业文化氛围，取得良好的HSE监理业绩而共同努力。

2.3 HSE培训

长输管道建设项目监理部进行HSE培训主要可归纳为二个方面。一是对所有进入项目的监理人员进行HSE基本知识和基本要求培训，培训目的是使他们了解管道工程建设项目的HSE通用的、基本的规定，明白项目的HSE管理目标、程序、作业指导书以及管理控制方法和措施，具备HSE管理体系监督和管理能力。二是监理人员都要学习监理规划中HSE管理要求，参加HSE监理实施细则编制，学习已经编制好的HSE监理实施细则，确定HSE监理的工作重点和关键工序。培训目的是使全体监理人员对管道工程建设项目管理的HSE监理要求有一个全面、一致的认识，以确保严格执行。

项目监理部HSE培训主要采用集中培训和分批培训方法，在项目正式开工前项目部制定培训计划、收集培训资料、聘请培训教员、组织集中培训，对参加培训的监理人员进行认真考核，培训合格签发培训HSE监理上岗证；随着管道建设的进展情况以及施工条件的变化，项目监理部不定期提出HSE管理、监督和巡视新的要求，结合案例进行有针对性的动态培训，这样做使培训更具有针对性，更有效地提升了监理人员HSE管理水平。

2.4 风险分析

在油气长输管道工程建设实施过程中，项目监理部HSE监理人员采用风险分析方法对每一个重要工程和工序进行不安全因素的识别和评价，其目的是通过风险分析找出最大最主要的不安全因素，通过现场调查、资料文件的审阅及其他各种不安全因素信息收集，再经过整

理分析排出与当前工程项目有关的不安全因素，制定风险削减措施，从而消除HSE隐患，防止HSE事故的发生，确保工程的安全。这些风险分析都体现在HSE监理实施细则中，监理人员依照细则中的检查表逐项进行巡视检查，采用划“√”钩或划“×”号进行认真记录，对风险控制措施不到位，责任不落实，通过协商和沟通方式提出整改要求，整改不利的要下发监理通知单，跟踪检查和验证整改结果。

公司通过各个项目监理部对不同管道建设项目管理的风险分析，逐步建立公司管道工程监理的HSE监理的风险因素清单（健康、安全和环境因素清单），逐步积累为建立风险因素数据库。

2.5 施工过程的HSE监理

施工承包商的HSE作业指导书和HSE监理实施细则的实施必须在有效的监督之下才能得到严格的执行，监理部必须要求所有的现场HSE监理人员80%工作时间在施工一线，只要施工人员在现场施工，安全监理人员应该在现场巡查，动态检查、不定期巡视，监督HSE管理体系在机组的有效运行。施工过程HSE监理控制主要包括以下几个方面：

（1）施工准备阶段：要审查施工分包、专业分包和劳务分包单位资质，审查电焊工、防腐补口工、电工、起重工、吊管机司机及专业管理人员、爆破工等特种人员资格；

检查承包商进场设备机具，督促承包商建立、健全施工现场安全生产保证体系，督促承包商检查各分包企业的安全生产制度，协助承包商加强安全生产的科学管理，贯彻、执行国家颁布的各项有关劳动安全方面的法规，审核承包商编制的施工组织设计、安全技术措施、高危作业安全施工及应急抢险方案；

组织召开 3 结束语

安全监控系统在长输管线中的应用论文 篇2

在石油天然气管线系统中, SCADA系统及以SCADA为数据平台的先进系统应用日趋于为广泛, 技术发展也越来越成熟。它有着完整、能提高效率、能正确掌握系统运行状态、能加快决策、能帮助快速诊断出系统故障状态等优势, 现已成为石油天然气管线调度不可缺少的工具。它对提高管网运行可靠性、安全性与经济效益, 减轻调度员的负担, 实现管线调度自动化与现代化, 提高调度的效率和水平等有着不可替代的作用。

由于联系SCADA系统各部分的信息传输系统十分重要, 其运行性能直接影响着整个自动控制系统的功效。要依靠这样的信息传输系统实现实时数据通讯, 必须在各终端之间事先做出约定, 制定必须遵守的通信规则, 包括对收发两端数码传输速率、数据结构、同步方式等的约定, 这必须共同遵守的规则和约定就是通信规约。目前, 我国通常通信网络采用的通信协议有DNP3.0和IEC60870-5-104等, 这些协议基本上都是基于ISO参考模型的增强性能结构 (EPA) , 仅用了OSI参考模型7层中的3层 (即物理层、数据链路层和应用层) 实现数据传输。

1 DNP3.0简介

DNP (Distributed Network Protocol, 分布式网络规约) 是由美国Westronic公司 (现GE HARRIS公司) 于1990年制定的。目前, DNP规约的版本已发展到3.0, 简称DNP3.0规约, 由DNP Users Group拥有并通过其技术委员会负责该规约的维护、发展和推广。

DNP3.0为纯软件的通讯协议。它采用物理层、数据链路层和应用层的3层分层结构, 使得数据传送的可靠性大大提高, 同时也便于软件编程的模块化。然而, 为了支持高级的RTU功能和最大帧长的报文, DNP3.0的数据链路采用一个伪传输层去完成最短报文的组装和分解, 发送数据时它可以将较长的应用层报文拆分为多个短帧传送;反之, 接收时将短帧组装成完整的应用层报文。

DNP3.0规约主要分四部分:数据链路层规约、传输功能、应用层规约及数据对象库。

1.1 数据链路层

数据链路层规约文件规定了DNP3.0版的数据链路层、链路规约数据单元 (LPDU) 以及数据链路服务和传输规程, 采用FT3可变帧格式。1个FT3帧被定义为1个固定长度 (10字节) 的报头, 随后是若干个可以选用的数据块 (最大长度16字节) , 每个数据块附有1个16位的CRC校验码, 总的链路层帧长度不超过256字节。

1.2 伪传输层

伪传输层用于在原方站和从方站之间传送超出链路规约数据单元 (LPDU) 所定义长度的信息。伪传输层报头TH为传输控制字, 1个字节;数据块为应用用户数据, 1~249个字节。

1.3 应用层

应用层定义了应用层报文 (APDU) 的格式。在这里主站被定义为发送请求报文的站, 而从站则为从属设备, 被请求回送报文的智能终端 (IEDs) 是事先规定了的。在DNP中, 只有被指定的主站能够发送应用层的请求报文, 而从站则只能发送应用层的响应报文。

1.4 数据对象库

在硬件和软件层面, 采用DNP应用层规约的智能化设备可以监视控制并且产生大量不同的数据片。这些数据片被称之为“信息元素”, 即information elements (IEC 870-5-3:General Structure of Application Data) , 被作为应用数据对象处理和存储, 并且被分组打包为“应用数据单元”用来传送。所有设备都提供同样格式的存储信息元素作为信息对象, 这些信息对象统称为数据对象库。

DNP3.0规约的主要特点:采用单一的变长FT3帧格式, 既有利于不同长度信息的传输, 又使得帧格式得到统一。链路层报头带有源地址和目的地址, 有利于采用多点共线物理层通道结构的数据传输。支持主动上报 (unsolicited response) 的通信方式, 有利于在故障发生时从站非请求主动上报信息。

2 DNP3.0规约在石油天然气长输管线SCADA自动化系统中的应用

2.1 系统网络结构图

某原油天然气长输管线项目SCADA自动化系统的典型网络拓扑结构图如图1所示。

该网络结构从逻辑上可分为主站系统和站控系统。

主站系统硬件设备主要有基于MS WINDOWS操作系统平台的互备冗余服务器、工程师站、双屏显示操作员站, 冗余100Mbps速率以上的TCP/IP网络设备、连接通讯光纤和超6类网络屏蔽双绞线等。SCADA核心软件采用某公司的Infusion SCADA软件平台。通过光纤通讯广域网络, SCADA主站系统使用DNP3.0通讯协议与站场系统各RTUs通讯下发数据请求和控制命令。

站场系统主要设备主要有某公司SCD2200系列RTUs, 智能电子设备IED, 可编程控制器PLC系统, 冗余100Mbps速率以上的TCP/IP网络设备、连接通讯光纤和超6类网络屏蔽双绞线等。RTUs设备上行通过网络设备和主站系统相连接响应数据请求和控制命令, 下行通过现场总线连接或者以太网连接把站控系统内设备相连接实现各种现场设备 (例如:现场阀门开关, 温度、压力、液位变送器等) 的数据采集和控制。

2.2 DNP3.0系统应用设计概述

Infusion SCADA系统引用了面对对象 (Object) 的概念, 即设备集成对象Device Integration Object (DIObject) 。通过对象的概念对DNP3.0规约进行描述, 通过创建不同的对象封装DNP3.0规约提供的行为元素。最终, 主站Infusion SCADA模块通过调用不同对象组件函数可以实现DNP3.0协议的TCP/IP封装和解除封装, DNP3.0协议物理层收发处理, DNP3.0协议数据链路层收发处理, DNP3.0协议应用层收发处理等功能。

我们可以把DIObject对象理解为Infusion SCADA系统主设备和不同现场从设备数据通讯的通道。数据采集服务器 (即图1中SCADA Data Acquisition Node) 从现场设备获取数据并进行保存。这些数据可以用来在Infusion系统中添加HMI (人机界面) 显示在操作员站 (即图1中Operator Workstation) 上, 并且也可以在工程师站 (即图1中GR Node) 上用来配置SCADA各种功能 (例如:趋势曲线、历史数据查询、报警管理和报表管理等) 。每个DIObject都有一个对象驱动模块来完成如下功能。

标准的Infusion SCADA对象驱动模块的设计如图2。

在Infusion SCADA系统中, DNP3通讯需要通过3种对象 (Object) 来实现, 即:

(1) SCADADNP3Master DI Object-作为DNP3 Master层次结构中的网络对象NetworkObject, 主要功能是启动和停止数据采集服务器;

(2) SCADADNP3Master Adapter Object-作为DNP3Master层次结构中的设备对象Device Object, 主要功能是完成设备的组态配置;每一个系统中的DNP3设备必然对应一个SCADADNP3Master Adapter Object对象;每一个SCADADNP3Master Adapter Object对象都有相关的信息对象Info Object, 通过这些信息对象为对应的DIObject提供诊断和统计信息, 并且在HMI显示出来。例如, 可以通过相关对象属性设定DNP3.0通信子站的寻址空间 (0~65519) 。

(3) S C A D A D N P I n f o Object-作为DNP3 Master的系统数据的存储对象。例如:数据对象的工程单位存储。

另外, 系统还根据一些场合的需求, Infusion SCADA又提供了两种选项对象, 即DNP串口通信对象SCADASerial Mux Object和SOE对象SCADASOECollectorObject。

2.3 SCADA系统应用数据

在石油天然气管道SCADA应用中, DNP3.0协议将RTU中应用数据分为静态数据和变化数据两种, 其中变化数据又基本上可分为:遥信量 (DI信号, 例如阀门、泵、压力开关信号等) 、遥测量 (AI信号, 例如温度、压力、液位信号等) 、电度量 (在石油天然气管道SCADA中较少使用) 、SOE事件顺序记录。本系统主要采用21种数据类型:带标志和不带标志的DI、带状态和不带状态的16位AI、带状态和不带状态的32位AI、带状态的64位AI、带时间标签的DI/DO事件数据、带时间标签的16位AI/AO事件数据、带时间标签的32位AI/AO事件数据、带时间标签的64位AI/AO事件数据、不带时间标签的16位AI/AO事件数据、不带时间标签的32位AI/AO事件数据和不带时间标签的64位AI/AO事件数据。事件数据采用循环链表结构, 便于插入、查找和删除等操作。

DNP3.0协议将应用数据共分为四类:第一类数据为遥信量和SOE事件顺序记录;第二类数据为遥测量;第三类数据为电度量;第四类数据为静态数据。四类数据的优先级顺序由高到低依次为:高优先级 (Class 1) -中优先级 (Class 2) -循环优先级 (Class 3) -无优先级 (Class 0) 。以上所述各类数据的相关设定如表1所示。

2.4 应用数据功能的实现

SCADA自动化系统实现了遥信、遥测、遥控、遥调“四遥“功能, 冗余的实时数据服务器 (SCADA Data Acquisition Node) 在与RTUs的通讯中采用了服务器与客户机的模式, 即在主站 (SCADA Data Acquisition Node) 与从站 (RTUs) 的通讯中, 每次通讯均由主站发起, 子站响应主站的各种请求。

(1) 遥测量和遥信量的采集。根据DNP3.0在应用层定义的报文帧顺序 (如图3报文帧顺序) , 即主站向从站发送请求帧 (即“应用层请求“) , 从站在收到主站将应用层请求后回送响应帧 (即“应用层响应”) 。从站也可以决定用“应用层非请求的响应”自发地发送数据。

DNP3.0在主站中设置了召唤间隔时限与遥测死区时限, 在主、从站系统上电运行后, 主站按照设定好的时限不间断地发送请求帧召唤从站RTUs中的现场温度、压力、液位等信号数据, 在遥测死区时限内没有从站主动上传变化遥测事件时, 主站对全部遥测数据进行召唤扫描, 使测量值保持很好的时效性。同时, 在从站RTU设置了遥测死区, 即所采集模拟量数值变化量绝对值大于该死区阀值, 从站可不经主站召唤而主动上传该模拟量数据, 保证了快速性。同样, RTUs中的现场阀门、泵、压力开关信号等遥信数据也是通过采用时限扫描全部从站与变化信息主动上传的方式完成。

(2) 遥控量和遥调量的输出。遥控量的输出包括现场阀门开关操作, 泵的启停操作, 或系统内部变量的置位来实现逻辑功能的设定等。遥调量的输出包含现场设备模拟量的控制设定值等。在系统实际操作中, 先对遥控对象进行选择, 确认状态可以遥控后再进行操作, 这样保证了操作的可靠性。

(3) SOE顺序事件记录信息。从站检测到有现场重要遥信信号和遥测信号变化时, 例如重要阀门开或关动作, 关键压力开关动作, 联锁压力变送器超限等, 立即在响应帧报文中将“一类数据“的标志置位。主站在收到该信息后, 能够快速准确地通知操作员这些重要信息。

3 结束语

DNP3.0协议内容繁多, 功能强大, 高度灵活, 还具有开放性和通用性的特点。这为采用面对对象的程序设计方法提供了极大的方便, 通过DNP3.0规约的数据对象库、应用层、伪传输层和链路层以及物理层都明确规定了各层的服务原语和数据结构, 采用面对对象的组件方式较为容易得完成SCADA自动化系统应用功能的实现和扩展。同时, DNP3.0协议具有较高的通信效率和通讯可靠性, 它的网络数据传输方式是我国石油天然气长输管线SCADA自动化系统理想的数据传输方式, 并已成为是一种事实上的工业标准。文中讲述的SCADA系统在现场投入运行以来, 整个系统工作稳定可靠, 通讯部分及时准确。这也验证了DNP3.0规约完全能够满足石油天然气长输管线SCADA自动化系统实时性和可靠性的要求。

摘要：本文详细介绍了DNP3.0通讯协议的内容和特点, 以某原油天然气长输管线项目SCADA自动化系统的典型网络拓扑结构图为例详解了DNP3.0的应用。

关键词：DNP3.0,SCADA系统,数据采集,监控

参考文献

安全监控系统在长输管线中的应用论文 篇3

关键词：SCADA系统,长输管道,控制

1 引言

目前, 我国油气输送的主要方式仍然是通过油气管道运输。但目前油气长输管道的生产设备管理方式大都信息化水平不高, 为粗放式管理, 未实现全面自动化, 现场自动控制设备的相关仪器仪表过于老旧, 且拥有不一致型号的软硬件, 专业维护和技术水平跟不上, 实现统一管理的难度较大;而长输管道又都属于大跨度输送管道, 与站库分散严重, 不能随时把各种现场信息向调度中心或操作室进行传递, 无法满足安全生产需要, 导致相关部门对油气管道的生产以及安全现状的掌握无法做到及时准确, 自然也无法进行统筹协调整个生产过程。因此, 为了全面提高输油泵站和油气管道的自动化程度, 并促进油气管道能够经济、高效和安全的从事生产运营活动, 根据我国目前的油气管道的分布特点以及现状等情况, 当务之急的是, 建立信息化生产管理调度系统以及先进的分布式自动监控系统。

2 长输管道监控特点

长输管道主要输送原油、天然气、液态天然气、成品油以及其他液态化工产品等液体, 分布一般都比较广泛、站点较多。完整的水力系统一般都由压气站、配气站、所有泵站、分输下载站和截断阀室以及管路等构成, 并采用密闭输送流程。因此, 长输管道就需要实现站控、中心控制和就地控制相结合的控制方式进行集中监控和统一调度, 那么设立SCADA系统调度控制中心就大势所趋。调度控制中心统一针对不需要设立站点监控的管道进行管理。为完成整个管道的自动化控制, 首先站点的远程端监督控制和数据采集都由PLC或RTU进行, 然后再将控制数据传输到调度中心。决定整个SCADA系统有效性和可靠性的重要基础是长输管道的通信系统, 其中包括电话、微波、卫星、自建光纤等方式。SCADA系统调控中心数据库系统结构的选择方式是由不同的通信基础直接决定。根据分析, 有限带宽以及低速的长距离通信在非光纤通信条件下, 是长输管道SCADA系统设计必须满足的条件。S C A D A系统中, 中心数据库中存储有许多的历史数据, 而控制器中的数据传输则以非常小的数据包进行。为了保证监控数据传输的完整性, 要求数据控制器在通信恢复的情况下, 能够重新传输已传送失败的历史数据到中心数据库, 也就是需要具备历史回填功能;另外为了达到最小数据传输的目的, 监控数据则需要以逢变则报或进行内部轮询。

3 调度控制中心数据库的集中式和分布式结构

很多SCADA厂家仍然采用了集中式系统结构来满足长输管道的需要。但有时为了满足站点监控的需要, 避免通信系统中断时现场情况的处理, 成品油管输中在站点处也分设服务器或工作站, 一般在天然气和原油管输中不设任何设备。

集中式系统结构虽然效率高, 但由于负荷集中, 计算机硬件和软件的扩充受到限制, 目前国外很多厂家的远程站点的数据库都限制在25000点以内。而分布式系统结构, 各个站点服务器的采集数据原理同集中式;区别在于调度中心总服务器对各个站点服务器数据库进行实时访问, 通过一定的数据访问权限和验证模式的设置和授权形成了全局共享结构, 实现了全局数据库信息的调用。历史存储信息分布在各个远程站点中, 站点中的数据库服务器的数据实时发布到调度中心总服务器内存中, 调度中心总服务器仅对重要数据进行处理和归档, 而实时操作日志分别存储在调度中心总服务器和相应数据源的站点服务器中, 从而实现了数据、网络优化的高效数据库。

4 SCADA系统的应用实例

为了协调东西部资源, 我国而建设了西气东输的资源援助工程。所谓的西气东输工程, 指的是包括天然气处理工厂、天然气长输管道、集气站, 全长近4000公里, 西起新疆塔里木轮南油气田, 东止于上海的白鹤镇的一条输气管道。为了有效提高每个输气环节的自动化水平, SCADA系统分别应用于集气站、天然气长输管道、天然气分输站的商品气的计量交接以及城市天然气管网系统中。

4.1 SCADA系统在集气站的应用

取出集中在一起处理的计量站中天然气的酸性气体和水分就是集气站的主要功能。在此过程中, 目前国内仪表暂时无法有效的控制和保护压缩机和膨胀机。因此, SCADA系统的出现为我们解决了集气站目前的自动控制问题, 在控制集气站的同时, 还通过RT U (远程终端控制装置) 监视所计量站的生产数据。一旦发生意外, 立即采取相应措施。

4.2 SCADA系统在原油、天然气长输管道中的应用

长输管道一般在输送途中都要经过复杂危险的地形, 因此, 在原油及天然气输送过程, 可利用SCADA系统对长输管道的设备的保护, 输送压力、温度以及输送密度流量进行控制和实时监测, 保障原油、天然气的平稳、安全输送。

4.3 SCADA系统在天然气分输站的商品气的计量交接中的应用

在工程中, 天然气需要以商品形式计量交接给长输管道公司, 然后管道公司再将天然气送到到沿途各省市的天然气公司。天然气公司将天然气销售给用户时也需要进行计量, 因此, SCADA系统也可起到天然气的计量交接作用。

4.4 SCADA系统在城市天然气管网的应用

天然气管网在西气东输的工程中, 占很大比重。需要根据技术工艺合理地设计RT U, 来监测和控制整个管道网络, 并结合用户所需来确认流量控制以使系统平稳运行。

5 结论与认识

长输管道运行控制中由于建立SCADA系统, 实际操作人员大幅度降低, 有效地提高了劳动生产率, 并通过安全联锁保护系统, 大幅度降低了设备维修率, 确保了输油管道的平稳安全生产, 自动化水平也随之大幅度提高, 工艺更加优化精确, 有效的降低了能耗。另外, 以SCADA系统为核心构建的长输管道以及油库自动化系统有着诸多优越性, 系统的功能充分满足生产需要, 同时用户界面设计简单、方便、友好, 易于操作, 可使有限的经费发挥更大的效益。

参考文献

[1]姚海臣.长输油管道系统资源配置优化研究[D].大庆:大庆石油学院, 2007[1]姚海臣.长输油管道系统资源配置优化研究[D].大庆:大庆石油学院, 2007

安全监控系统在长输管线中的应用论文 篇4

天然气长输管道常规性巡检监测是每个燃气企业都非常重视的安全保障工作。晋能燃气产业集团有限公司作为气化山西的三大主体之一, 在建、已建成的天然气长输管道共计1 000 km左右, 其中1/3的管道分布在山西吕梁山区。在大量借鉴并分析相关电力、油气行业使用无人机遥感系统巡检监测线路案例后, 结合晋能燃气产业集团长输管道现状与人工巡检不足之处, 本文对无人机遥感系统在本公司长输管道常规巡检监测中的可行性进行评估, 特别探讨在吕梁山区应用的可行性, 为无人机遥感系统在高海拔山区应用可行性提供理论指导。

1 无人机遥感系统在长输管道巡检中的意义

1.1 解决人工巡检效率低下的问题

吕梁山位于黄河与汾河之间, 山势陡峭, 河道坡陡流急, 雨季来临时长输管道经常受到河流雨水冲刷, 部分山区汛期径流集中, 泥沙含量大, 山体塌方较为频繁, 吕梁山区埋藏有丰富的煤炭资源, 部分小煤窑私挖滥采形成较大面积的煤矿采空区, 私挖滥采导致的地面沉降已成为威胁长输管道安全运行最严重的隐患之一。无人机遥感系统速度快、覆盖面广、不受地形与气候影响, 可以快速、直观地巡检人工无法到达的地点, 提高长输管道巡检覆盖率。

1.2 解决人工巡检数据零散的问题

传统燃气行业一般采取地理信息系统 (GIS系统) +手持终端的人工巡检方式, 受气候影响大、设备故障率高、山区数据信号较差等因素, 导致全年巡检数据零散, 无法形成精确的长输管道隐患记录。而无人机机动性能好, 环境适应能力强, 可以高效巡检管道隐患部位, 还可以根据不同应用环境搭载不同设备, 针对特定安全隐患制定巡检方案, 以图像或视频形式把长输管道隐患直观、系统展现。将无人机遥感系统数据与人工巡检数据相结合, 生成图文并茂、无时间断点的季度或年度管道隐患报表, 大大提升了长输管道的安全评级。

2 无人机遥感系统选型

无人驾驶飞机简称“无人机”, 英文缩写为“UAV”, 是利用无线电遥控设备和自备程序控制装置操纵的不载人飞机。无人机遥感系统目前在航拍、农业植保、测绘等领域都有应用。山西燃气产业集团有限公司管道分公司无人机遥感系统主要是针对长输管道安全监测工作, 所以选择固定翼和多旋翼两种无人机遥感系统, 以此实现高效率管道安全监测。

2.1 固定翼无人机

固定翼无人机最大特点是飞行速度较快, 可以预先设定好航迹, 无需远程遥控, 常规长距离巡检、定时隐患排查、地形地貌航拍监测一般选用固定翼无人机, 见图1。

图1所示“瞭望者”III型无人机采用碳纤和蜂窝等复合材料制成, 结构强度大、抗风能力强, 机身、机翼和垂尾可拆卸组装。该机采用弹射起飞或手抛起飞方式、伞降回收, 对起降场地无特殊要求, 可适应各种复杂环境。通过配置可见光摄像机、红外夜视仪和高分辨率航拍相机等多种任务设备, 可实现可见光、红外实时视频监控航空摄影及管线巡检等任务。

2.2 多旋翼无人机

多旋翼无人机飞行控制简单可靠, 起飞和回收方式简便安全, 机身轻巧, 可在极小场地垂直起降, 使用成本低。一般用做定点隐患监测, 突发事故远程数据传输[1]。

3 无人机遥感系统在长输管道常规巡检监测中的应用

3.1 无人机遥感系统在常规巡检中的应用

无人机常规巡检通常作为人工巡检的补充, 一般采用固定翼无人机进行。选取相邻两座燃气场站作为无人机检测任务的起点和终点, 将长输管线坐标信息输入无人驾驶系统, 再根据巡检任务搭载相应遥感设备 (一般搭载单反相机与红外成像仪) 就可以进行遥感检测任务。经过长期试飞实践, 建议将长输管线分区、分时进行巡检, 以一周为一个巡检周期, 全面监测所有长输管道, 确保长输管道重点区域无遗漏, 将获得的视频资料存档整理, 发现隐患及时处理。

3.2 无人机遥感系统在定点巡检中的应用

由巡线员或固定翼无人机发现隐患, 确定隐患大致位置后, 工作人员携带无人机及相应设备到达隐患附近, 派出多旋翼无人机在空中二次寻找隐患位置。确定隐患位置的精确坐标后, 全方位扫描分析隐患现场, 确定隐患危险等级及相关情况。若隐患等级较低, 经由调控中心审核后, 由就近燃气场站自行处理并记录存档;若隐患等级较高, 则将影像数据远程传输至调控中心, 由相关部门制定专项抢险方案, 进行隐患处理。

3.3 无人机遥感系统在山体变形检测中的应用

晋能燃气产业集团所辖的长输管道中, 其重大及较重大的安全隐患有1/3是由煤矿采空区造成的地面沉降引起的, 但地面沉降区存在发现难、处置难、风险大的特点, 所以在常规巡检中, 使用固定翼无人机对穿越吕梁山区的长输管线每月进行一次全面航拍检测, 积累了大量高分辨率图像, 交由专业公司后期处理合成, 以对后期图像数据比对分析, 可以提前发现由山体变形、地面沉降等引起的安全隐患, 大大减少因地面沉降引发事故几率。

3.4 无人机遥感系统在巡线员巡检复核中的应用

为提高管线巡检覆盖率, 巡线员一般从熟悉当地地形地貌的村民中选取, 而由于当地村民文化水平有限, 使手持GPS设备故障率高, 修复难, 往往小故障也必须由场站专业人员维修, 浪费了大量人力物力。而山区地貌也存在数据传输信号差、巡线员不能按照管道走向巡检的情况, 导致数据上传失败或巡检轨迹偏离长输管道等情况, 使公司在考核巡线员工时存在一定的误差率。而引用无人机遥感系统后, 在规定巡检时间内, 要求巡线员工穿戴具有显著视觉识别效果的专业工作服, 再使用无人机巡检航拍长输管道, 将获取的巡线员工影像资料与考核巡线员的地理信息系统 (GIS) 相结合, 大大提高了巡线员巡检里程考核的精确性, 从而降低公司巡检员的离职率, 提高了长输管道的巡检率。

4 结语

油气管道由于自身属性, 必然具有运输距离长、所处环境复杂、受地理因素影响较大的特点, 而随着无人机遥感技术的不断发展, 无人机安全性与稳定性已大大提升, 已初步具备代替人工巡检的功能。无人机由于成本低廉、机动灵活、环境适应能力强、非常适合长输管道巡检监测, 降低了企业成本, 提高长输管道的安全性。可以预见, 在未来的长输管道管理中, 无人机遥感系统将发挥越来越重要的作用[2]。

摘要：为研究无人机遥感系统在天然气长输管道常规巡检中的应用, 结合晋能燃气产业集团有限公司所辖燃气长输管道多数处于高海拔山区的地形地貌特征, 对使用无人机遥感系统在长输管道常规巡检中的应用及适应条件进行研究。

关键词：常规巡检,定点巡检,无人机选型,地面沉降

参考文献

[1]王珂, 彭向阳, 陈锐民, 等.无人机电力线路巡视平台选型[J].电力科学与工程, 2014 (6) :46-53.

安全监控系统在长输管线中的应用论文 篇5

1 GPS-RTK技术的工作原理及其能够正常工作需要满足的条件

1.1 GPS-R TK技术的工作原理

利用GPS进行长输管道的测量, 要实现高精度的测量, 必须采用载波相位观测值。RTK定位技术是一种实时动态定位技术, 它就是一种基于载波相位观测值的定位技术, 它能够以厘米级的精度实时的得出测站点在指定坐标系中的三维定位结果。以RTK的方式进行作业, 基准站将其测站坐标信息和观测值通过数据链传送给流动站。流动站接收的数据不仅来自基准站, 还有来自GPS的观测数据, 在系统内将其组成差分观测值, 然后进行实时处理, 前后总共用不了一秒钟的时间, 就能给出定位结果, 而且是厘米级精度的。流动站的状态可以是静止的, 也可以是运动的;当为静止状态时, 可以先在固定点上进行初始化, 然后转入动态, 进行作业, 当为运动状态时, 可以直接开机, 保持在运动的状态下实现搜索求解周模糊度的完成。当整周未知数解固定后, 就可以对每个历元的数据进行实时处理。

RTK技术的重点就在于其中的数据处理技术和数据传输技术, 并要求基准站能够将观测到数据和已知数据实时的传输给流动站, 这个过程一般需要9600波特率的数据量, 使用无线电是较容易实现的。

1.2 R TK系统的组成部分

RTK系统主要包括三个部分:基准站、数据链和流动站。

1.3 R TK系统能够正常工作需要满足的条件

首先, 基准站和流动站能够同时接收到的GPS卫星信号至少在四颗以上;其次, 卫星信号和基准站发出的差分信号必须能够同时被流动站接收到;最后, 卫星信号和基准站发出的差分信号必须能够被流动站连续接收, 即使流动站处于运动状态中, 也不能关机和失锁, 否则, 必须重新初始化RTK系统。

2 GPS-RTK技术在长输管道测量中的应用

1) 拐点测定。假设已经使用全站仪测量完成长输管道的纵断全程, 并且只是改动长输管道的局部管道, 而且这部分管道分布较散。为了方便测量和得到的结果更加准确, 我们可以将这些测量区域划分为几个测段, 并建立相应个数的工程文件, 在每一个独立的工程文件中完成相应的测定拐点坐标的工作。

为保证测绘成果的准确性, 在实际工作中往往采取以下几方面的措施:选择每个侧段中央已知的GPS点或已经测定的拐点设置基准站, 而且要求其地形点位相对周围要高, 使得GPS接收机更容易接收到卫星传输的数据, 也就是至少要保证地平线15度以上不存在任何障碍物;避开各种大功率天线发射源和高压输电线, 比如电视台信号发射塔和微波站等。要将接收机严格对中、整平, 3次量取天线高互差要不大于3m m。在实际工作过程中, 要保证能够接收数据的卫星数保持在6颗以上, 而且PDOP不大于5, 对已有成果进行检测和进行拐点坐标测定时至少取20个历元的平均值, 在纵断测量和中线放样时至少取5个历元的平均值, 尽量避免偶然噪音对测量结果的准确性造成影响, 另外, 接收机10m范围内不允许使用对讲机、手机等通信设备。为了尽可能缩小RTK测量中对中、整平的误差, 在对拐点坐标进行测定和对已有成果进行检测时, 为求实现严格的对中、整平, 在点上均使用三角架和机座取代RTK对中杆。工作时的作业半径尽量不要超过8km。尽可能采集管线附近的已知GPS点, 最后统一归化解算工作文件, 解算控制点选取管线首、中、尾部分的已知GPS点, 尽可能使得残差最小, 准确性最高。

在检测已知GPS点时, 同时采集测段内所有拐点, 这样, 所有拐点的平面控制和高程控制都是同时采集、统一规划结算、一次性完成的, 其测量的准确性和精确性是较高的。

2) 纵断测量。为了不出现基准站重复设立的现象, 在同一基准站的接收范围内测定拐点后立即进行中线放样和纵断测量。

RTK线的放样功能就能完成中线放样和采集纵断数据的工作, 实现过程是:启用数据选择为测定拐点, 将中线上的两个拐点坐标输入到流动站手簿中, 将此段管线在手簿的线放样屏幕上显示出来, 当对纵断数据进行采集时, 手簿能够实时的给出提示此点相对于中线最近点的方向与距离, 当对中杆水平气泡居中且将对中杆移动到中线上时, 流动站手簿会提示“在线上”, 这个时候就可以采集中线上的纵断点坐标数据, 并能够实时标定中线的位置。

3) 内业处理。首先对外业采集到的数据应用Surve y Pro软件选择输出的文件类型和定义输出数据的格式, 一般情况下, 输出的文件类型为txt格式, 输出的数据格式为“名称、东坐标、北坐标、高程、描述”;然后设置文件输出的通信参数并连接到计算机上;最后利用TDS Surve y Works软件将数据下载到计算机上, 并根据下载数据, 使用专业的纵断成图软件进行平差、绘图。

3 GPS-RTK技术的优点

1) 提供的点位坐标、点位精度、桩号及管线都是实时的, 能够对测量人员实时放样点的位置给予长距离范围内的指导, 不再需要进行反复调整, 提高了测量作业的效率。

2) 实现自动化测量, 具有较高程度的集成化, 较强的数据处理能力, 具有多种自动测绘功能, 避免了人为误差的产生, 获得数据的准确性得到了保证。另外对于管线全部拐点的平面和高程控制可以一次性完成。

3) 具有较高的放样精确度, 而且不受地形高低的限制。根据GPS-RTK的工作原理, 其测量结果的误差为随机误差, 避免了常规测量中因连续设站、转站导致的测量结果的误差的累积和传递。

4) 具有较高的野外工作效率, 不再需要大量的人员配置。要顺利的完成工作, 基准站只需要1人, 流动站只需要2至3人就可以达到要求, 不用再重复设置采集控制点, 也不用再进行多次的投影解算。

5) 简单的操作流程, 方便使用。现在使用的仪器一般都有中文菜单可供选择, 在设站的时候只要进行简单的设置, 就能够获得所需要的数据结果。另外, 这些仪器还具有较强的数据处理能力, 能够实现与计算机的连接, 方便了所采集数据的应用。

摘要：通过将GPS-RTK技术应用在长输管道测量中, 充分体现出了GPS-RTK技术在控制、管线测量中的优势, 并且, 我们能够从中总结出更多有益的结论, 有利于更好的提高工作效率, 获得更准确的、精确度更高的测量数据。

关键词：GPS-RTK,基准站,流动站,管道测量

参考文献

[1]陈小明.GPS动态定位的理论与实践[M].武汉:测绘科技大学, 1997.

[2]王志康.GPS RTK技术在图根控制测量中的应用研究[J].山西煤炭科技, 2004.