淺談中俄東線遠維系統建設與部署

張小俊，賈立東，史 威，艾月喬，劉 雅

（國家管網集團 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總體架構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數據架構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、內蒙古、遼寧、河北、天津、山東、江蘇、上海等9個省區市，中國境內管道全長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，為了確保中俄東線運行穩定，保障能源輸送安全，支撐油氣管網運行特性的變化及業務范圍不斷擴展，對自動化系統及設備運行的可靠性和穩定性提出了更高要求。傳統運行維護由于缺乏自動化系統及設備狀態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及設備的狀態和故障做不到及時發現、診斷和處理，從而影響了自動化系統的整體可靠性和穩定性。因此，亟需開發和建設一套自動化遠程維護和故障診斷系統，實現涵蓋中俄東線自動化系統和設備運行狀態的在線采集、監視、故障診斷和智能運維等工作，并指導后續的系統運行規劃，有效提高中俄東線自動化設備運行的可靠性，保障管網安全穩定運行。

1 總體目標

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

2 方案設計

2.1 總體架構設計

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

1）監視：構建自動化系統的一體化監視模型，實現對自動化系統的多粒度資源監視和集中可視化展示。

2）評估：構建自動化系統的狀態評估體系，實現對系統穩定性的整體評估。

3）告警：建立對自動化設備狀態的實時告警通報機制，實現對自動化系統環境內重要告警的實時感知。

4）分析：構建自動化系統的分析評估，實現對系統的故障定位和輔助分析。具體如圖1所示。

2.2 數據架構

數據架構包括數據匯聚（數據上傳）、數據存儲、數據分析、數據交換服務、數據查詢、告警判定等?；跀祿换シ蘸蛿祿治龅氖侄危瑢崿F對數據的一體化展示、智能化分析和一體化評價[2]。

3 系統建設

為實現對油氣管道站場自動化設備的遠程診斷與維護，其系統功能包括基本功能和高階功能。基本功能模塊包括告警信息、基礎配置、設備運行、文件管理、日志管理、系統管理等。具體有以下內容：采用突發方式對各站場的SCS和SIS系統的PLC卡件設備進行數據采集和監測；動態顯示PLC模塊的運行狀態；實時顯示各卡件的報警及故障信息；統計圖監視PLC模塊實時故障數量；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；全面的告警統計、告警歷史；程序及配置參數的在線修改、上載下載、故障分析；提供友好的人機界面；系統用戶權限管理[1]。

系統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，結合專家經驗，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、共現分析等方法結合，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部署示意圖Fig.4 Deployment diagram of automatic remote maintenance and diagnosis system of East China Russia line

系統建設后，實現的技術指標：支持系統擴容能力不低于20萬點，支持數據采集最小時間間隔，不高于1s或逢變則報；系統負載，20萬點容量下，安裝實時/歷史數據庫軟件的物理服務器，CPU利用率不高于25%；歷史數據存儲時間，在線歷史數據保存時間不低于3年；提供服務器端數據壓縮機制，壓縮比大于40:1；不限制系統并發連接；數據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，滿足未來擴展需求；支持HMI系統調用實時/歷史數據庫，以趨勢方式呈現；高安全可靠性和資料數據的恢復能力；在服務器切換過程中保證數據的完整性；支持多平臺結構，支持標準的開放數據接口；支持冗余，支持鏡像功能；數據的存儲效率，以有效的壓縮方式保存管道所有的生產過程實時數據，壓縮的資料恢復時間在秒級以內；具有與其聯網的數據源的通訊能力，包括各種SCADA系統、DCS系統和國內油氣管線常用的PLC智能設備的接口能力；足夠的系統開放性、可維護性和二次開發能力。

4 系統部署

在設計自動化遠程維護與診斷系統現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作為SCADA系統運行的輔助決策系統，其自身的運行不能對SCADA系統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，選用獨立的遠維數據采集服務器，旁結在SCADA系統網絡中，為自動化設備規劃了獨立于SCADA系統網絡的管理IP，采用SNMP協議對交換機、路由器、工作站、服務器進行數據采集，采用Modbus TCP協議對安全儀表系統和基本過程控制系統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互聯。

5 結束語

中俄東線自動化遠程維護和診斷系統的投入應用，實現了對SCADA系統軟硬件數據的采集及運行趨勢的展示和報警。該遠程維護系統不僅能夠實現對油氣管道SCADA系統運行狀態的監視，還能夠實現SCADA系統故障的診斷與預警，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維護水平，提供了工業自動化系統運行全生命周期的管理功能，用戶可以查看所有環節的數據信息及設備狀態；平臺基于基礎服務深度開發應用，包括知識圖譜、數據分析、模型應用，可以通過可視化的界面一覽設備運行狀況；實現了讓管理和技術人員可快速掌握和分析自動化系統運行健康狀態，從而合理部署保障自動化系統穩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，未來可基于該平臺打造一支高精尖的自動化運維團隊，優化目前油氣管道自動化系統的運維人員配比，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，成立油氣管道系統一體化運維中心，實現運維工作自主可控、降本增效。