城市天然气智慧管控平台建设与运行管理_沈华.pdf

工业控制计算机2023年第36卷第2期在我国天然气建设早期，人们对天然气的运行状况，基本都是依赖于人工操作和人工监视，后来开始建设天然气自控系统，实现了基本的实时监控。随着信息化技术的发展，目前各大公司都开始建设智慧燃气，结合SCADA自控系统、GIS系统、巡检系统、视频系统、设备管理系统、管网模型等，通过系统的大数据整合实现智慧调度决策，建设成为智慧燃气调度系统。1早期天然气企业生产信息化系统从20世纪90年代开始，随着生产安全、人员成本等因素，相关的生产企业，类似天然气公司、石油石化企业、市政水务公司等，开始逐渐建设了一批运行监控（SCADA）、视频监控等系统。以城市天然气公司为例，通过相关生产监控系统，可以实时掌握场站的生产压力、流量数据，保证城市的天然气稳定供给以及安全稳定运行。如有相关异常，系统可以1 s内收到报警信号，从而可以第一时间发现故障，消除隐患。早期天然气企业信息化系统基本包含了两个独立的系统，即SCADA监控系统与视频监控系统。我国在天然气管网大发展之初，由于网络稳定性、覆盖密度等影响，天然气运行的管理模式一般是控制中心集中监控，场站采用有人值守，对于输气管道阀门的开关操作，现场人工手动或者在现场的PLC控制站控系统进行本地控制操作。根据该管理模式，对于天然气的场站控制一般是中心监视（只监不控），本地站控系统监控（监视+控制），如图1所示。早期天然气生产信息化系统中，传统的SCADA系统架构比较简单，分为三个层次：现场、网络、中心。其主要功能点如下：工况实时监视、远程操作控制（常规是本地站控，中心保留控制功能）、历史趋势查询、报警查询、报表打印等。这部分信息化系统，初步满足了早期企业生产安全的需要，但是生产与管理交叉较少，未能与管理形成有效的互补，业务与生产脱节，需要大量的人工管理工作，工作效率相对低下。2信息互联时代生产信息化要求天然气智慧管控平台整合单位所有数据资源、通讯资源、网络资源、系统资源，综合运用云计算、3S、物联网、移动互联网、三维仿真、大数据等新一代信息技术，建立集供气各专题信息服务于一体的供气信息共享服务平台。以此为基础快速构建面向燃气单位综合运营监管的综合业务应用平台，打破信息孤岛，实现单位的信息共享和协同办公，供气业务监控、管理、服务等业务的数字化、可视化与联动化。建成输气供气智慧化、可视化、协同化，人力、物力、信息等资源实现共建共享，改变现有各业务系统分散工作的局面，为综合信息化监管开创一种全新的管理思路与模式。最终建成具有燃气公司特色的智慧管控综合运营平台，为工程的运营、调度指挥、分析决策提供有效的数据支撑。天然气智慧管控平台需求如下：1）智慧生产是智慧管控建设的重要支撑，针对高中压场站、阀室、管网生产管理，通过平台功能，实现整个生产过程全程监控，充分保障管网安全生产要求，确保天然气生产的科学、安全、经济。2）智慧服务是平台建设的重要导向。从工程总体运营监管的需求，涉及日常运行、管理需求，为燃气生产运行人员提供智慧服务。3）移动互联是平台建设的重要手段。以移动互联网、物联网为枢纽，构建燃气工程信息化渠道，帮助各层级人员更快捷、及时了解场站、管网的动态信息，提高运行效率和管理服务水平，增强供气工程综合服务能力。4）智慧运营是平台建设的重点内容，主要体现在工程集中运营管理、运行管理、场站的综合管控、管网管理等业务层面，节能减排，提高效率，确保高效、安全提供服务。城市天然气智慧管控平台建设与运行管理Construction and Operation Management of Natural Gas Intelligent Control Platform沈华（万科思自动化（上海）有限公司，上海200135）摘要：进入21世纪，随着IT技术、网络技术、管理技术的发展，生产型企业的管理层逐渐意识到“管理出效益”的重要性，早期一个生产企业一般就有一两个信息化系统，类似SCADA系统、视频监控系统、OA系统等。管理层在原先“只监不管”基础上，逐渐投资建设相关信息化系统，如GIS系统、巡检系统、综合调度系统、智慧燃气等，结合相关的管理措施，使得企业的生产效益得到了有力的提升。关键词：广域SCADA；分布式集群；实时数据库；大数据；监控系统；智慧管控平台Abstract:In the 21st century,with the development of IT technology,network and management technology,the man-agement of production-oriented enterprises gradually realize the importance of managing for benefits.In the early days,aproduction enterprise generally had one or two information systems,such as SCADA system,video monitoring system,OAsystem,etc.The management gradually invested in the construction of relevant information systems,such as GIS system,patrol inspection system,integrated dispatching system,smart gas,etc.On the basis of the original supervision only andcombined with relevant management measures,the production efficiency of the enterprise has been effectively improved.Keywords:wide area SCADA,distributed cluster,real time database,big data,monitoring system,intelligent control platform图1第一代国内天然气SCADA系统架构图119城市天然气智慧管控平台建设与运行管理5）安全需求。信息安全风险是指信息资产的安全属性（保密性、完整性和可用性等）遭到破坏的可能性。尤其是天然气行业，管控平台与早年单纯的SCADA系统不同，需要在移动互联的大环境下，加强工控网络安全的建设。3智慧管控平台建设随着近20年来，IT技术、网络技术、软件技术的迅猛发展，智慧管控平台的建设成为新型企业实现管控一体化的基本需求。3.1智慧管控平台的建设思路要建设现代化的调度管理系统，需将管网建设、场站建设、网络建设、信息中心建设同步有机结合，为天然气公司提供一套具备一定智能调度能力并在行业处于领先水平的综合调度管理平台。将生产调度所需的各个子系统通过一个整合的综合性应用平台进行数据调度和集中展现，给生产管理决策者提供数据展示和分析结果，从而进一步提升生产调度中心的运营管理水平，提高工作效率和调度能力，保证管网和站点的安全、稳定、连续运行。所谓智慧管控平台，包含两层意义，一是管控，二是智慧。管控是指系统可以实现“管理+控制”的功能，即对生产设备、人员、设施可以数字化管理。所有运行参数、设备信息、维护信息的数据都需要进入到智慧管控平台数据库，足够的数据可以保证分析结果的准确性，从而直接影响到生产调度指令，如图2所示。结合智慧管控系统的目标，系统要把对生产调度智慧决策有影响的在建的或者已建的信息化系统集中到一个数据仓库中，整合为一个统一的指挥调度决策平台。图2智慧管控平台结构3.2智慧管控平台的建设内容智慧管控平台整合若干子系统，然后纳入到一个统一的架构和数据展现环境中。在这个过程中，系统将以优化的方式将相关信息提供给操作人员，减轻他们面对多个系统的负担。智慧管控平台提供了一个标准的架构，以实现其智慧管控的功能需求。系统架构框图如图3所示，智慧管控平台核心要素表现在图3的三层结构中，最底层列出了燃气行业客户集成到DMS系统的典型子系统，其中一些子系统是必需的，例如SCADA系统和地理信息系统，而其他子系统是根据客户的需求而各异。在燃气领域，一个典型的智慧管控平台主要包含以下模块：调度管理系统、SCADA实时监控系统、视频监控系统、地理信息系统（GIS）、全球定位系统/车辆自动定位（GPS/AVL）、巡检调度系统、维护管理系统、客户信息系统（CIS）、Web报表系统（包括实现调度台帐、SCADA远程查询以及大用户网上报账等系统），如图4、图5所示。通过智慧管控平台的有机集成，把所有的子系统功能、信息在同一个软件平台上展现，实现了生产、维护、检修、调度的一体化管理，全面提升了燃气管理科技水平和信息化水平。图4系统功能模块图5系统界面（1）调度管理功能模块调度管理功能模块主要包含：供气计划制定和管理、管网平衡调度管理、应急抢险调度管理、应急预案管理、操作规程查询和浏览、调度日志管理等。其中，供气量计划的制定，调度人员通过智慧管控系统提供的供气计划制定依据，对用户的日用气申报量进行验证；管网平衡调度包括气源进气的平衡和用气供应的平衡，维持不同压力等级管网的动态平衡。（2）SCADA系统功能模块SCADA监控系统是调度管理系统最重要的环节，也是整个调度管理系统数据的最重要来源。SCADA系统实时采集监控天然气各场站的生产运行工况数据，因此SCADA监控系统是建立现代化调度管理系统的基础。根据智慧管控系统要求，要充分发挥其功能，需要对所有的切断阀、调压阀、电动阀、压力、温度、流量等进行实时监控。在智慧管控系统中可以实时显示SCA-DA系统的实时数据和报警信息，并根据需要进入SCADA系统工艺监控界面。（3）视频监控系统功能模块视频系统可以实现对现场设备、现场运行状况的实时图像监控。保证了管网运行、设备的安全。智慧管控系统集成视频系图3系统架构120工业控制计算机2023年第36卷第2期统后，在调度控制中心对全公司进行集中监视。结合一定的判断机制，对突发事件及时报警提示，保证天然气安全、稳定、连续的输送。（4）地理信息系统功能模块智慧管控系统可实现基本的GIS系统功能，包括图层、放大、缩小、移动、GPS定位、测距等。同时GIS数据库中提供的信息，也可通过智慧管控进行访问，例如x、y坐标、管道信息、设施统计等。同时智慧管控系统在GIS平台上还增加了不少扩展功能如：实时数据展示，包括SCADA数据和仿真数据，可跳转到指定的SCADA工艺界面；报警数据展示，可对报警进行确认，并生产报警作业单，发送给相关人员对报警进行处理；GPS系统的应用功能，如车辆信息查询、车辆历史轨迹回放、车辆实时监控等功能；标签功能，包括静态标签和动态标签。（5）客服/热线系统功能模块客服/热线系统是燃气系统对外的形象窗口，完成对客户电话咨询、投诉、报警等功能，同时实现数据交互、报表打印等后台服务功能，在调度管理系统中进行有机集成。（6）维修管理功能模块维修管理模块的需求集中在报警作业单的生成、处理和完成的过程。报警作业单的主要步骤为：运行中心接到报警，调度人员判断是否为有效报警，此流程为人工参与，不需要在智慧管控维修模块中体现功能；调度人员在智慧管控维修模块中选择生成报警作业单，并选择报警作业处置部门下发报警作业单；应急中心或有人站点接到报警作业单后，需要确认报警作业单收到，然后执行报警作业单的维修任务；维修任务执行部门完成报警作业后，发送回执给运行管理部，关闭报警作业单。（7）巡检调度功能模块维修巡检系统主要包括车辆人员配置、配置巡检线路模版、巡检车辆查询、线路对比、线路巡检情况查询、任务指派等模块。可在GIS中绘制巡检路线，然后按照位置坐标进行保存，模版线路可以根据需要进行修改。保存后的模版线路可以在以后的调用显示，保存时可进行颜色和线条的选择，以便调用后用于与实际巡检线路对比。同时，可在GIS地