油气管网数据采集与监控系统国产化之路

2024-04-29 12:26:17 | 来源：GG之家

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本文转自：中新网

习言道丨这“两张报表”为何如此重要？

　　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)

【编辑:曹子健】

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