油气管网数据采集与监控系统国产化之路

2024-04-29 11:52:06 | 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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