浅谈中俄东线远维系统建设与部署

张小俊，贾立东，史 威，艾月乔，刘 雅

（国家管网集团 北方管道有限责任公司，河北 廊坊 065000）

0 引言

图1 中俄东线自动化远程维护和诊断系统总体架构Fig.1 Overall architecture of automatic remote maintenance and diagnosis system for China Russia east line

图2 中俄东线自动化远程维护和诊断系统数据架构Fig.2 Data architecture of the remote maintenance and diagnosis system of Russia east railway automation

中俄东线天然气管道起自俄罗斯东西伯利亚，由布拉戈维进入中国黑龙江省黑河市，途径黑龙江、吉林、内蒙古、辽宁、河北、天津、山东、江苏、上海等9个省区市，中国境内管道全长3371公里，是中国首条智能管道试点工程。全线分为北、中、南三段核准河建设。2019年12月2日中俄东线北段正式通气投产，为了确保中俄东线运行稳定，保障能源输送安全，支撑油气管网运行特性的变化及业务范围不断扩展，对自动化系统及设备运行的可靠性和稳定性提出了更高要求。传统运行维护由于缺乏自动化系统及设备状态实时感知及故障智能判断与处理，致使运行维护人员对自动化系统及设备的状态和故障做不到及时发现、诊断和处理，从而影响了自动化系统的整体可靠性和稳定性。因此，亟需开发和建设一套自动化远程维护和故障诊断系统，实现涵盖中俄东线自动化系统和设备运行状态的在线采集、监视、故障诊断和智能运维等工作，并指导后续的系统运行规划，有效提高中俄东线自动化设备运行的可靠性，保障管网安全稳定运行。

1 总体目标

研究构建中俄东线自动化远程维护和故障诊断系统，在全面了解业务需求的基础上，采用先进的信息技术，结合智能化成果，设计合理的系统架构，完成系统建设，实现对中俄东线SCADA系统的所有设备全过程全流程的运维，并从监视、告警、评估、分析4个方面实现相应的有效运维。

2 方案设计

2.1 总体架构设计

基于分布式的客户端采集，通过二级汇聚实现对采集数据的传输和存储。平台有高级应用、数据分析等模型，高级应用有知识图谱、全生命周期管控、模型服务，数据存储采用分布式关系数据库和分布式实时数据库、文件数据库。告警判定服务，基于对上送数据的判定，实现对异常数据的告警；基于数据交互服务和数据分析的手段，实现对数据的一体化展示、智能化分析和一体化评价。

1）监视：构建自动化系统的一体化监视模型，实现对自动化系统的多粒度资源监视和集中可视化展示。

2）评估：构建自动化系统的状态评估体系，实现对系统稳定性的整体评估。

3）告警：建立对自动化设备状态的实时告警通报机制，实现对自动化系统环境内重要告警的实时感知。

4）分析：构建自动化系统的分析评估，实现对系统的故障定位和辅助分析。具体如图1所示。

2.2 数据架构

数据架构包括数据汇聚（数据上传）、数据存储、数据分析、数据交换服务、数据查询、告警判定等。基于数据交互服务和数据分析的手段，实现对数据的一体化展示、智能化分析和一体化评价[2]。

3 系统建设

为实现对油气管道站场自动化设备的远程诊断与维护，其系统功能包括基本功能和高阶功能。基本功能模块包括告警信息、基础配置、设备运行、文件管理、日志管理、系统管理等。具体有以下内容：采用突发方式对各站场的SCS和SIS系统的PLC卡件设备进行数据采集和监测；动态显示PLC模块的运行状态；实时显示各卡件的报警及故障信息；统计图监视PLC模块实时故障数量；实时准确显示PLC模块告警信息；精准配置提供告警处理意见；全面的告警统计、告警历史；程序及配置参数的在线修改、上载下载、故障分析；提供友好的人机界面；系统用户权限管理[1]。

系统高阶功能包括健康评价、知识图谱。健康评价是指建立健康度评价指标体系，结合专家经验，确定各指标权重，制定各指标评价等级；知识图谱是指通过将应用数学、图形学、信息可视化技术、信息科学等学科的理论与方法与计量学引文分析、共现分析等方法结合，并利用可视化的图谱形象地进行展示[3]。

图3 中俄东线自动化远程维护与诊断系统图例Fig.3 Legend of automatic remote maintenance and diagnosis system of China Russia east line

图4 中俄东线自动化远程维护和诊断系统部署示意图Fig.4 Deployment diagram of automatic remote maintenance and diagnosis system of East China Russia line

系统建设后，实现的技术指标：支持系统扩容能力不低于20万点，支持数据采集最小时间间隔，不高于1s或逢变则报；系统负载，20万点容量下，安装实时/历史数据库软件的物理服务器，CPU利用率不高于25%；历史数据存储时间，在线历史数据保存时间不低于3年；提供服务器端数据压缩机制，压缩比大于40:1；不限制系统并发连接；数据存储连接需应用标准的平台界面配置，无需编程，便捷、快速实现，满足未来扩展需求；支持HMI系统调用实时/历史数据库，以趋势方式呈现；高安全可靠性和资料数据的恢复能力；在服务器切换过程中保证数据的完整性；支持多平台结构，支持标准的开放数据接口；支持冗余，支持镜像功能；数据的存储效率，以有效的压缩方式保存管道所有的生产过程实时数据，压缩的资料恢复时间在秒级以内；具有与其联网的数据源的通讯能力，包括各种SCADA系统、DCS系统和国内油气管线常用的PLC智能设备的接口能力；足够的系统开放性、可维护性和二次开发能力。

4 系统部署

在设计自动化远程维护与诊断系统现场部署和各类自动化设备的故障信息采集模式时，考虑自动化远程维护与诊断系统作为SCADA系统运行的辅助决策系统，其自身的运行不能对SCADA系统运行和安全带来影响。中俄东线自动化远程维护与诊断系统，选用独立的远维数据采集服务器，旁结在SCADA系统网络中，为自动化设备规划了独立于SCADA系统网络的管理IP，采用SNMP协议对交换机、路由器、工作站、服务器进行数据采集，采用Modbus TCP协议对安全仪表系统和基本过程控制系统进行运行和故障信息的采集，并开通单独的通信信道与控制中心自动化远程维护诊断系统互联。

5 结束语

中俄东线自动化远程维护和诊断系统的投入应用，实现了对SCADA系统软硬件数据的采集及运行趋势的展示和报警。该远程维护系统不仅能够实现对油气管道SCADA系统运行状态的监视，还能够实现SCADA系统故障的诊断与预警，并提供快捷的远程技术支持服务，提高了油气管道自动化系统维护水平，提供了工业自动化系统运行全生命周期的管理功能，用户可以查看所有环节的数据信息及设备状态；平台基于基础服务深度开发应用，包括知识图谱、数据分析、模型应用，可以通过可视化的界面一览设备运行状况；实现了让管理和技术人员可快速掌握和分析自动化系统运行健康状态，从而合理部署保障自动化系统稳定可靠运行的工作计划。

中俄东线自动化远程维护和诊断系统，未来可基于该平台打造一支高精尖的自动化运维团队，优化目前油气管道自动化系统的运维人员配比，解决目前自动化运维人员技术水平弱、对原厂依赖性高、多运维业务无法有效整合，存在重复建设等困难，逐步建立一个“一体化运维”体系，成立油气管道系统一体化运维中心，实现运维工作自主可控、降本增效。