油气管网数据采集与监控系统国产化之路
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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、挑毛睝*。佣舴⒑屯乜硌蟹⑺悸稝@*#%。
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)
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