油气管网数据采集与监控系统国产化之路

2024-04-29 11:33:09 | 来源：GG之家

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本文转自：中新网

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　　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�#*@@%。蟹⑵鸩浇锥蚊媪僦疃嗬�*%***。

　　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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