油气管网数据采集与监控系统国产化之路

2024-04-29 12:55:55 | 来源：GG之家

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本文转自：中新网

《我国支持制造业发展主要税费优惠政策指引》发布

　　为“能源动脉”打造“神经中枢”

　　油气管网数据采集与监控系统国产化之路

　　【创新故事】

　　◎本报记者刘园园

　　入冬前@*%，与管网联通的18座储气库实现注气153亿立方米@%#%，完成率达107%；采暖季%%，累计输气量突破1100亿立方米***，同比增长8%以上；寒潮期*@，日最高输气量10.2亿立方米#*#%，较历史极值高17%……

　　3月底*##%*，国家石油天然气管网集团有限公司(以下简称“国家管网”)圆满完成去冬今春4个多月的天然气保供工作**。

　　“保障人民群众温暖过冬*#@%@，靠的是发挥‘全国一张网’统一调控运行优势*@@。这背后#*，我们自主研发的油气管网数据采集与监控系统(SCADA系统)起到重要支撑作用*%。”近日@#%，国家管网生产部副总经理、油气调控中心主任祁国成告诉科技日报记者@%##%。

　　经过多年努力#***%，国家管网研发团队先后破解程序热备热启、数据采集扩容、设备远程操控等核心技术@*%*@，成功研制出软硬件完全国产化的油气管网SCADA系统%*@*。

　　冲击“极致靠谱”

　　如果将我国超10万公里的油气管道干线比作“能源动脉”*#@，那么SCADA系统就是控制“动脉”的“神经中枢”@*@*。曾几何时%@*，这一系统被国外垄断#@*@*，能源保供与安全存在受制于人的风险#%%%。

　　“管网人一直有个梦想打造自己的‘神经中枢’！”祁国成说@#*%，早在10年前@*，油气调控中心就启动了国产SCADA系统的研发工作@#*。

　　那时*#，国内油气行业在核心工业控制系统领域底子很盄@%*@。蟹⑵鸩浇锥蚊媪僦疃嗬袬%%%%。

　　系统可靠性是首当其冲的难点%@。油气调控中心自动化与通信部经理李亚锋向记者解释：“油气管网需要7×24小时不间断运行%%*，对SCADA系统可靠性要求极高@@。只有‘极致靠谱’@@#**，才能满足实际应用需求@#%%*。”

　　“这一点连国外SCADA系统也难以做到#@@*。”研发骨干黄河介绍@*#，比如##，某个控制程序出现故障后%#*@@，国外系统需将主机上运行的所有程序都切换到备机上%#。这一过程虽仅有几秒@#%，但容易造成整个系统短时失效#%。

　　国产SCADA系统如何规避这一问题？

　　“我们几乎每天都在争论##***。”黄河告诉记者**#，在讨论研发方案时%%，大家经常争得面红耳赤@#*。

　　经历无数次“吵架”#%，思路逐渐清晰起来%@***。“能不能做到单个程序热备热启@*%，尽可能降低失效时长？”团队研究重点越来越聚焦***#。

　　“一旦主机上某个程序出现故障@%@，系统只需要把该程序切换到备机上运行%**%%，而不是将整个系统都切换过去*#。”黄河说#@，“这样既能有效降低主机宕机概率*@#%@，又能显著减少系统失效几率#%@@%。”

　　最终%*#，研发团队在国内油气领域#@@#*，首创了基于应用的分布式冗余系统架构%@。

　　使用这种架构后@#，程序可实现在主备机之间实时切换、热启动**，系统可靠性得到有效保障%@@@%。

　　“在主机和备机‘1+1’分布式冗余架构的基础上@%%，团队又进一步提出‘1+N’分布式冗余架构@%@#。”李亚锋介绍*****，“原先的运行负荷都在主机上@@@#，现在可以把运行负荷自动分配给N台备机#@**@，备机之间又互为备机##。”

　　经过不断更新迭代*%@@，如今@*，国产SCADA系统实际可用率已高达99.96%@@#*%。

　　完成“百万扩容”

　　破解系统可靠性难题只是迈过了第一关*@*。团队马上遇到另一大难关如何实现数据多点采集与实时更新%*%#@。

　　“数据采集点越多、更新越及时%#@@*，系统才能越了解管网实时状况@%%。”祁国成说#%，以前油气站场使用国外SCADA系统时#%，有一个令人头疼的问题外方从技术上对系统的数据容量进行了限制@##*，每扩容一批采集点*@，只能由外方提供服务@%@*%，且需要支付高额费用#*#*#。

　　“每采集一处数据%#%，就算一个数据点#@@@。” 李亚锋回忆道#*#*@，“因为费用高昂#*%##，我们都不敢轻易增加数据采集点%#@。”

　　管网里程数持续增加、管网设备量不断增多****，而国外系统只授权十几万个采集点数%#@，二者之间的矛盾越来越凸显**%。祁国成说：“我们下定决心要在自研系统内解决这一难题#%*%。”

　　“扩容的关键是将采集数据实时传回系统%*%#，尤其是采集点数量过百万后%***，必须解决系统读取的堵点@#%*%。”李亚锋介绍@%%%*。

　　此时%#，研发团队已从“吵架”中摸索出一套更有效的“头脑风暴”机制以推动研发方案落地为导向@%*%@，不同任务环节的研发人员从各自角度出发%%%，互相提意见、挑毛�##*。佣舴⒑屯乜硌蟹⑺悸�*%。

　　通过“头脑风暴”@##，研发团队碰撞出为国产SCADA系统扩容的具体方案*#%@*。

　　“我们尝试采用共享内存技术@*，它可以把系统磁盘上部分存储空间映射为共享内存%%@#。”李亚锋说**%，这相当于为系统新增了大量虚拟内存*%#，使其能够快速读写数据@**#@。

　　与此同时%%%*，研发团队还创建了高性能服务总线#@@@，将数据访问方式由原先基于服务器客户机架构的网络访问@*，改为基于高性能服务总线的内存读取%%##。

　　“这就好比把‘绿皮火车’升级为‘高铁’*#%*，使数据流在系统间的交互速度大大提升**，实现了每秒24万个数据点实时数据更新%*@#。”研发人员咸玉龙打比方说#*。

　　通过这些技术的应用*##@，国产SCADA系统拥有了超百万个数据点的高效处理能力%**%%，数据量是原先采用国外SCADA系统时的十几倍**。

　　实现“无人操控”

　　系统扩容后*#*@，油气管网的海量数据采集与更新不再是问题*#。但这些数据按照什么逻辑去组织%#，系统又如何根据这些数据去下达控制指令？

　　要想让国产SCADA系统真正运行起来@%@@，这是必须跨越的第三道难关@%@%。

　　“油气管网涉及设备众多@@，不同设备之间交互控制逻辑复杂*#%@*。只有研制出面向生产的数据管理与设备操控技术##%*%，系统才能实现对各种设备的远程控制#%@%%。”黄河说*#*@%。

　　此前*#@，国内油气领域在这方面的经验基本为零*%*。

　　研发团队一方面集思广益#@，一方面下足“笨功夫”*%*。设备的每一项控制流程都要反复研讨、修改几十遍@@##。咸玉龙举例说：“为了精准控制管道内的油气流量##@，我们根据监测数据再三校正系统的控制参数*#%%，最终形成控制标准*%##。”

　　随着时间的推移##，研发团队创建出面向油气管网设备的模型和图形描述方法@*%*，先后定义了15类油气管网工艺设备控制标准*%%%，并研发出油气管网设备控制面板模块化技术@%**@。

　　“这一过程工作量很大%%*，仅各种设计文档*@*##，打印出来就有一二百本%%#。”黄河说%*，“项目评审时#%%%#，厚厚的文档摆在桌子上*****，把专家的视线都挡住了*#@。”

　　有了控制标准与控制面板后@%，调控中心的调度人员只需要在系统界面上进行操作%*@%%，就能实现远在千里之外的油气管网设备“无人操控”*%@。

　　2018年#@，油气管网国产“神经中枢”研制成功@*，并被命名为PCS 1.0系统%*@。2019年@**##，中俄东线天然气管道北段(黑河长岭)作为示范工程@*，首次实现油气管道全线采用国产SCADA系统……

　　“截至2023年底@@@*#，油气管网国产SCADA系统已在国家管网28套中控级系统、354套站控级系统成功应用@@。”黄河说%***@，目前@*，国产SCADA系统正在一边推广应用##@*@，一边优化升级#%@##。升级后的PCS 2.0系统将更加安全、可靠、智能*%@@#。

　　“2月29日%#%%@，习近平总书记在中共中央政治局第十二次集体学习时强调*#**@，能源安全事关经济社会发展全局@#%%*。”祁国成自豪地说**#，“油气管网国产SCADA系统彻底打破了该领域核心工业控制系统受制于人的局面**@#。未来*#@##，我们将强化关键核心技术攻关#@，持续夯实国家能源安全底座！”(科技日报)

【编辑:曹子健】

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