一种输油管路阀室远程监控与通信解决方案

陈良波，王玉福

（泉州理工职业学院/福建省清洁能源协同创新中心，福建 泉州 362269）

0 引言

由于运输量大、连续、迅速、经济且可实现自动控制等原因，因此通过输油管道来输送石油被广泛采纳。在管道每隔一定距离设立阀室以及时发现管道可能出现的问题。根据中国石油天然气股份有限公司天然气与管道分公司2013年发布的《输气管道工程线路阀室技术规定》和《输油管道工程线路阀室技术规定》中有关阀室监控和通信的要求，监控阀室可通过光纤网络、公网、VSAT卫星通信等通信方式，需要用到路由器或交换机、IP地址等软硬件资源，成本较高。本文提出了一种输油管路阀室远程监控与通信的解决方案，能以较低的成本实现各种环境下阀室的远程监控。

1 阀室远程监控与通信系统构成

输油管道工程阀室按照功能分为监控阀室、手动阀室、单向阀室、高点放空阀室等。根据相关规定一般监控阀室需设置监控设备RTU，另外应根据地域自然条件、管理要求、经济情况合理的选择通信方式，规定以光纤通信作为主要传输手段，当条件不具备时，合理选择公网数字数据电路、无线数据传输、卫星通讯等方式。本文提供了一种对阀室进行远程监控与通信的解决方案，如图1所示，方案采用了巨控通讯模块通过485数据线与阀室RTU/PLC系统通信，同时通讯模块能通过有线、公网、WIFI等方式与云平台通讯，远程端可网页、组态、手机APP等方式实现远程监控，网页、组态、手机APP可根据阀室复杂程度不同定制不同的程序界面，远程监控电脑只需能上网即可，无需固定IP，无需搭建任何中心服务器，具有良好的经济使用价值[1-2]。

2 阀室RTU/PLC系统设计

输油管路阀室RTU/PLC系统系统主要包括供电部分、RTU/PLC控制系统、通信模块、现场其它设备等，能够监测地温、油管压力温度及其它各种设备状态，接受调控中心指令，上传参数等。

图1 阀室远程监控与通信方案示意图Fig. 1 Schematic diagram of remote monitoring and communication scheme for valve room

2.1 供电部分

阀室一般需要220V和24V电源，用电设备主要包括RTU/PLC控制设备、通信设备、截断阀、阴保设备、照明等，其中，对于重要设备供电如RTU/PLC系统应配有UPS供电，因此，供电部分设计一般有两种形式：外电与UPS结合电源和独立电源与UPS结合电源。外电与UPS电源是监控阀室所在地的电网可靠并能为监控阀室可用，正常时，所有设备用电由电网供电，UPS电源主机一样由外电供电；当外电源发生故障或失电时，UPS电源的蓄电池能立刻为重要设备进行供电，保证阀室用电安全[3]。独立电源与UPS结合电源是当监控阀室所在地为无电网的偏远地区，通常采取小容量燃油发电装置作为电源、太阳能电源、太阳能与风能相结合发电机装置等，应根据地区情况有所选择[4]。

2.2 RTU/PLC控制系统

根据设计规定数据采集监控系统采用RTU，当然也可以采用传统的PLC系统。RTU/PLC控制系统监控的信号如表1所示，主有要：对现场的工艺变量进行数据采集和处理；输油管路的紧急截断；采集和处理供电系统的相关变量；监视阀室的可燃气体、火灾报警和安全状况等；为上级调控中心提供有关数据；接受并执行调控中心下达的命令；门禁控制等。考虑输油管路的特殊性，RTU/PLC控制系统要具备防暴要求，包括控制器、供电部分、通讯模块、数据采集部分应安装于防暴箱内，所有线路要采用防暴管线。RTU 系统数据采集与通讯部分均采用低工耗有休眠功能的省电产品[5]。鉴于阀室内部温、湿度比较大,系统全部选用宽温系列工业级产品, 可以保证在恶劣的环境下稳定工作。

2.3 通讯模块

本设计采用的通讯模块是广州巨诚信息科技有限公司的智能远程控制终端GRM530。该模块具备监控和通讯功能，当控制点数较少时，如12点，那么完全可以不用再增加任何RTU/PLC控制器。在本设计中，将该模块只作为通讯模块使用，它支持WIFI、有线、3G/4G等上网方式，无需固定IP地址、绑定动态域名和繁琐的路由器设置；采用非透传远程下载模式，可下载调试各种RTU/PLC设备，速度流畅；采用非透传智能采集模式，压缩算法多包并发采集，支持最大2000个数据点，16个采集设备；可实现手机短信读写RTU/PLC的任意寄存器，可实现多次拨号和语音提醒，可实现短信报警多次发送直到确认[6]。

表1 监视阀室的典型数据采集信号表Table 1 Typical data acquisition signal table of monitoring valve room

2.4 现场其它设备监控阀室除了以上设备

主要还包括数据采集的各种设备，如石油温度、压力、当地温度、可燃气体浓度、截断阀状态、蓄电池电量、光纤的通断状态、火灾报警设备感烟探测器状态、感温探测器数值、阴极保护系统输出电流、电压数值、外电供电设备状态、太阳能供电设备、门禁状态等对应设备[7]。

3 阀室远程监控功能设计

3.1 远程监控方式

巨控通讯模块可实现与巨控云平台进行数据通讯，平台提供标准OPC数据接口，可通过数十种主流组态软件编写组态程序实现组态远程监控；平台还提供标准的HTTP接口，可开发个性网页和手机APP，实现企业云监控平台和APP监控；支持短信报警和控制。

3.2 远程监控功能

远程监控功能主要包含数据状态监测、数据智能控制、实时及历史数据曲线图、报警系统、参数设置等功能。

3.2.1 数据状态监测

远程电脑或智能终端实时显示RTU/PLC系统采集的数据，主要监测油路压力、温度，阴极保护参数，线路截断阀状态，可燃气体浓度、火灾报警及门禁开关状态，供电系统工作状态等。

3.2.2 数据智能控制

远程控制主要是对阀室中线路截断阀工作状态的控制，能够进行历史数据记录，建立数学模型对压力变化进行检測，当检测到管道有异常相能立即报警，在紧急情况下远程可发出关闭阀门命令并完成截断阀的关闭[8]。

3.2.3 实时及历史数据曲线图

远程终端可对一些重要的参数进行实时采集，并以图的形式体现出来，也能对各个时段的历史数据进行查询。

3.2.4 报警系统

报警系统主要包括越限报警、防盗报警以及设备的自诊断报警，系统可通过短信的形式报警。

3.2.5 参数设置

远程监控系统可进行时间、参数和程序的设定,权限分级设置，设置远程控制权限，短信报警设置等功能设置。

4 与现有方案的比较

4.1 远端电脑配置

现有方案一般采用动态域名解析或者固定IP，实现复杂且对网络适应性较差，编程或者监控电脑还需要配置相应的网络模块。本方案对于远端电脑只要能上网即可，无需固定IP，无需搭建任何中心服务器，也无需加配任何硬件。

4.2 数据采集和传输

现有方案一般采用VPN方式，无压缩费流量，更新速度慢，支持点数比较少，不支持逻辑编程。本方案采用非透传采集模式，有压缩算法，可多包并发采集，支持最大2000点，内置逻辑编程和函数[9]。

4.3 短信功能

现有方案短信一般受限制，传送容易丢失，无拨号提醒功能，无法反复报警到人。本方案可实现短信控制、短信提醒、拨号提醒、可反复提醒直到确认。

4.4 远程下载与调试功能

现有方案一般采用VPN方式，下载速度慢主要受到VPN封锁限制，对于RTU/PLC等实时协议的下载以及人机界面程序的下载效果比较差，没有网络智能诊断功能。本方案采用巨控智能控制器，为非透传远程下载模式，可在线下载和调试各种RTU/PLC及人机界面程序等，下载调试流畅，具备网络智能诊断。

4.5 接口标准且开放

现有方案一般无法提供通用接口或者不会免费提供标准接口，一般只提供简单网页组态监控界面。本方案免费提供手机APP、网页组态监控、组态软件远程监控等。

4.6 系统成本

现在方案搭建成本很高，需要更多的软硬件资源，同时，开发复杂，需要花费更多的人工来调试与维护。本方案提供只需一个巨控通讯模块，其它所有基本都免费提供。

5 结论

采用云平台远程监控能实现阀室的远程监控，可多种远程终端监控，能适应各种自然环境，成本相当的低，且符合中国石油天然气股份有限公司天然气与管道分公司2013年发布的《输气管道工程线路阀室技术规定》和《输油管道工程线路阀室技术规定》中有关规定，同时，本套方案已工业自动化、电力系统、金融行业等都有成熟成功的应用。因此，本套方案在输油管中阀室上也能有良好的应用，如果能够建立自有的企业云实现对阀室的远程监控，那么对于数据的保密性将更加的可靠。