淺談中俄東線遠維系統(tǒng)建設與部署

張小俊，賈立東，史 威，艾月喬，劉 雅

（國家管網(wǎng)集團 北方管道有限責任公司，河北 廊坊 065000）

0 引言

圖1 中俄東線自動化遠程維護和診斷系統(tǒng)總體架構(gòu)Fig.1 Overall architecture of automatic remote maintenance and diagnosis system for China Russia east line

圖2 中俄東線自動化遠程維護和診斷系統(tǒng)數(shù)據(jù)架構(gòu)Fig.2 Data architecture of the remote maintenance and diagnosis system of Russia east railway automation

中俄東線天然氣管道起自俄羅斯東西伯利亞，由布拉戈維進入中國黑龍江省黑河市，途徑黑龍江、吉林、內(nèi)蒙古、遼寧、河北、天津、山東、江蘇、上海等9個省區(qū)市，中國境內(nèi)管道全長3371公里，是中國首條智能管道試點工程。全線分為北、中、南三段核準河建設。2019年12月2日中俄東線北段正式通氣投產(chǎn)，為了確保中俄東線運行穩(wěn)定，保障能源輸送安全，支撐油氣管網(wǎng)運行特性的變化及業(yè)務范圍不斷擴展，對自動化系統(tǒng)及設備運行的可靠性和穩(wěn)定性提出了更高要求。傳統(tǒng)運行維護由于缺乏自動化系統(tǒng)及設備狀態(tài)實時感知及故障智能判斷與處理，致使運行維護人員對自動化系統(tǒng)及設備的狀態(tài)和故障做不到及時發(fā)現(xiàn)、診斷和處理，從而影響了自動化系統(tǒng)的整體可靠性和穩(wěn)定性。因此，亟需開發(fā)和建設一套自動化遠程維護和故障診斷系統(tǒng)，實現(xiàn)涵蓋中俄東線自動化系統(tǒng)和設備運行狀態(tài)的在線采集、監(jiān)視、故障診斷和智能運維等工作，并指導后續(xù)的系統(tǒng)運行規(guī)劃，有效提高中俄東線自動化設備運行的可靠性，保障管網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。

1 總體目標

研究構(gòu)建中俄東線自動化遠程維護和故障診斷系統(tǒng)，在全面了解業(yè)務需求的基礎上，采用先進的信息技術，結(jié)合智能化成果，設計合理的系統(tǒng)架構(gòu)，完成系統(tǒng)建設，實現(xiàn)對中俄東線SCADA系統(tǒng)的所有設備全過程全流程的運維，并從監(jiān)視、告警、評估、分析4個方面實現(xiàn)相應的有效運維。

2 方案設計

2.1 總體架構(gòu)設計

基于分布式的客戶端采集，通過二級匯聚實現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)的傳輸和存儲。平臺有高級應用、數(shù)據(jù)分析等模型，高級應用有知識圖譜、全生命周期管控、模型服務，數(shù)據(jù)存儲采用分布式關系數(shù)據(jù)庫和分布式實時數(shù)據(jù)庫、文件數(shù)據(jù)庫。告警判定服務，基于對上送數(shù)據(jù)的判定，實現(xiàn)對異常數(shù)據(jù)的告警；基于數(shù)據(jù)交互服務和數(shù)據(jù)分析的手段，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的一體化展示、智能化分析和一體化評價。

1）監(jiān)視：構(gòu)建自動化系統(tǒng)的一體化監(jiān)視模型，實現(xiàn)對自動化系統(tǒng)的多粒度資源監(jiān)視和集中可視化展示。

2）評估：構(gòu)建自動化系統(tǒng)的狀態(tài)評估體系，實現(xiàn)對系統(tǒng)穩(wěn)定性的整體評估。

3）告警：建立對自動化設備狀態(tài)的實時告警通報機制，實現(xiàn)對自動化系統(tǒng)環(huán)境內(nèi)重要告警的實時感知。

4）分析：構(gòu)建自動化系統(tǒng)的分析評估，實現(xiàn)對系統(tǒng)的故障定位和輔助分析。具體如圖1所示。

2.2 數(shù)據(jù)架構(gòu)

數(shù)據(jù)架構(gòu)包括數(shù)據(jù)匯聚（數(shù)據(jù)上傳）、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)交換服務、數(shù)據(jù)查詢、告警判定等?；跀?shù)據(jù)交互服務和數(shù)據(jù)分析的手段，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的一體化展示、智能化分析和一體化評價[2]。

3 系統(tǒng)建設

為實現(xiàn)對油氣管道站場自動化設備的遠程診斷與維護，其系統(tǒng)功能包括基本功能和高階功能?；竟δ苣K包括告警信息、基礎配置、設備運行、文件管理、日志管理、系統(tǒng)管理等。具體有以下內(nèi)容：采用突發(fā)方式對各站場的SCS和SIS系統(tǒng)的PLC卡件設備進行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測；動態(tài)顯示PLC模塊的運行狀態(tài)；實時顯示各卡件的報警及故障信息；統(tǒng)計圖監(jiān)視PLC模塊實時故障數(shù)量；實時準確顯示PLC模塊告警信息；精準配置提供告警處理意見；全面的告警統(tǒng)計、告警歷史；程序及配置參數(shù)的在線修改、上載下載、故障分析；提供友好的人機界面；系統(tǒng)用戶權限管理[1]。

系統(tǒng)高階功能包括健康評價、知識圖譜。健康評價是指建立健康度評價指標體系，結(jié)合專家經(jīng)驗，確定各指標權重，制定各指標評價等級；知識圖譜是指通過將應用數(shù)學、圖形學、信息可視化技術、信息科學等學科的理論與方法與計量學引文分析、共現(xiàn)分析等方法結(jié)合，并利用可視化的圖譜形象地進行展示[3]。

圖3 中俄東線自動化遠程維護與診斷系統(tǒng)圖例Fig.3 Legend of automatic remote maintenance and diagnosis system of China Russia east line

圖4 中俄東線自動化遠程維護和診斷系統(tǒng)部署示意圖Fig.4 Deployment diagram of automatic remote maintenance and diagnosis system of East China Russia line

系統(tǒng)建設后，實現(xiàn)的技術指標：支持系統(tǒng)擴容能力不低于20萬點，支持數(shù)據(jù)采集最小時間間隔，不高于1s或逢變則報；系統(tǒng)負載，20萬點容量下，安裝實時/歷史數(shù)據(jù)庫軟件的物理服務器，CPU利用率不高于25%；歷史數(shù)據(jù)存儲時間，在線歷史數(shù)據(jù)保存時間不低于3年；提供服務器端數(shù)據(jù)壓縮機制，壓縮比大于40:1；不限制系統(tǒng)并發(fā)連接；數(shù)據(jù)存儲連接需應用標準的平臺界面配置，無需編程，便捷、快速實現(xiàn)，滿足未來擴展需求；支持HMI系統(tǒng)調(diào)用實時/歷史數(shù)據(jù)庫，以趨勢方式呈現(xiàn)；高安全可靠性和資料數(shù)據(jù)的恢復能力；在服務器切換過程中保證數(shù)據(jù)的完整性；支持多平臺結(jié)構(gòu)，支持標準的開放數(shù)據(jù)接口；支持冗余，支持鏡像功能；數(shù)據(jù)的存儲效率，以有效的壓縮方式保存管道所有的生產(chǎn)過程實時數(shù)據(jù)，壓縮的資料恢復時間在秒級以內(nèi)；具有與其聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)源的通訊能力，包括各種SCADA系統(tǒng)、DCS系統(tǒng)和國內(nèi)油氣管線常用的PLC智能設備的接口能力；足夠的系統(tǒng)開放性、可維護性和二次開發(fā)能力。

4 系統(tǒng)部署

在設計自動化遠程維護與診斷系統(tǒng)現(xiàn)場部署和各類自動化設備的故障信息采集模式時，考慮自動化遠程維護與診斷系統(tǒng)作為SCADA系統(tǒng)運行的輔助決策系統(tǒng)，其自身的運行不能對SCADA系統(tǒng)運行和安全帶來影響。中俄東線自動化遠程維護與診斷系統(tǒng)，選用獨立的遠維數(shù)據(jù)采集服務器，旁結(jié)在SCADA系統(tǒng)網(wǎng)絡中，為自動化設備規(guī)劃了獨立于SCADA系統(tǒng)網(wǎng)絡的管理IP，采用SNMP協(xié)議對交換機、路由器、工作站、服務器進行數(shù)據(jù)采集，采用Modbus TCP協(xié)議對安全儀表系統(tǒng)和基本過程控制系統(tǒng)進行運行和故障信息的采集，并開通單獨的通信信道與控制中心自動化遠程維護診斷系統(tǒng)互聯(lián)。

5 結(jié)束語

中俄東線自動化遠程維護和診斷系統(tǒng)的投入應用，實現(xiàn)了對SCADA系統(tǒng)軟硬件數(shù)據(jù)的采集及運行趨勢的展示和報警。該遠程維護系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對油氣管道SCADA系統(tǒng)運行狀態(tài)的監(jiān)視，還能夠?qū)崿F(xiàn)SCADA系統(tǒng)故障的診斷與預警，并提供快捷的遠程技術支持服務，提高了油氣管道自動化系統(tǒng)維護水平，提供了工業(yè)自動化系統(tǒng)運行全生命周期的管理功能，用戶可以查看所有環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)信息及設備狀態(tài)；平臺基于基礎服務深度開發(fā)應用，包括知識圖譜、數(shù)據(jù)分析、模型應用，可以通過可視化的界面一覽設備運行狀況；實現(xiàn)了讓管理和技術人員可快速掌握和分析自動化系統(tǒng)運行健康狀態(tài)，從而合理部署保障自動化系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運行的工作計劃。

中俄東線自動化遠程維護和診斷系統(tǒng)，未來可基于該平臺打造一支高精尖的自動化運維團隊，優(yōu)化目前油氣管道自動化系統(tǒng)的運維人員配比，解決目前自動化運維人員技術水平弱、對原廠依賴性高、多運維業(yè)務無法有效整合，存在重復建設等困難，逐步建立一個“一體化運維”體系，成立油氣管道系統(tǒng)一體化運維中心，實現(xiàn)運維工作自主可控、降本增效。