油气管网数据采集与监控系统国产化之路

2024-04-29 12:48:30 | 来源：GG之家

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本文转自：中新网

中新健康丨国内外心脑血管领域权威专家共绘疾病联合防控新路径

　　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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、挑毛睝#*@%。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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