长输管道阴极保护监测与诊断系统

1、长输管道阴极保护监测与诊断系统引言长输管道阴极保护是管道日常管理的重要工作内容，主要包括两个方面的工作，既阴极保护运行数据的采集和阴极保护运行数据的分析。长期以来来，由于于线路长长、监测测点分散散、交通通不便，监测工工作实施施与管理理难度高高，工作作量大，为此，国外在在上世纪纪7080年年代首先先开始进进行远程程监测方方面的研研究，主主要采用用的技术术方案是是飞机遥遥测和卫卫星通讯讯遥测，这些技技术的运运用，在在一定程程度上，达到了了提高监监测效率率，降低低劳动强强度的目目标，但但高昂的的数据采采集成本本限制了了此类技技术的应应用。在数据分分析方面面，美国国环境总总署曾经经组织了了有关的的专家

2、，建立一一套阴极极保护系系统的运运行维护护软件，该软件件包括：腐蚀防防护的教教育和智智能性专专家诊断断系统，可实现现数据记记录、智智能性专专家诊断断、设备备查询、日常管管理确定定敏感地地区的管管道位置置，以便便发生故故障时，及时提提供相关关的详细细资料。同时也也可提供供管道事事故的预预警信息息。便于于管理部部门及时时准确的的了解有有关的阴阴极保护护信息，也便于于具体执执行人员员的自检检和系统统阴极保保护的信信息积累累。阴极保护护技术具具有较强强的专业业性，当当前国内内管道管管理部门门的阴极极保护专专业工程程技术人人员不足足，而需需要管理理的管道道却在不不断增加加，因此此，通过过采用新新技术手手

3、段，提提高阴极极保护管管理的水水平成为为发展的的必然。1长输管管道阴极极保护监监测与诊诊断系统统架构阴极保护护在线监控控专家系系统是一一套面向向阴极保保护领域域的无线线远程智智能在线线监控和和专家决决策支持持系统。该系统统以地理理信息系系统（GGIS）为管理理平台，以SQQLSEERVEER数据据库作为为系统统统一的数数据库，以公共共无线数数据通讯讯方式（GPRRS/GGSM）和其他他有线通通讯方式式相结合合的方式式为数据据传输手手段，以以低成本本的方式式实现遥遥测和遥遥控；该该系统实实现了对对管道等等被保护护体保护护状况的的在线检检测，同同时可以以通过远远程监控控方式随随时监视视并调整整恒电

4、位位仪的工工作状态态，配合合阴极保保护在线线监控专专家系统统进行辅辅助分析析，可以以使得整整个阴极极保护系系统处于于最佳的的工作状状态，最最大限度度的起到到保护的的作用。1）系统统工作流流程用户通过过GISS应用程程序提供供的电子子地图、图表和和报表，可以直直观的观观察到管管道沿线线保护情情况，同同时可以以通过专专家系统统进行辅辅助决策策，帮助助用户分分析阴极极保护系系统中相相关部分分故障的的原因和和应对措措施。恒电位仪仪数据通通过有线线通讯方方式，利利用用户户原有通通讯网络络传送到到异地的的中心机机房服务务器，最最后通过过服务器器中对应应的后台台服务程程序完成成数据处处理。对对于没有有有线通

5、通讯条件件的恒电电位仪，其数据据通过GGPRSS无线通通讯方式式进行传传输。智能电位位采集终终端将采采集的电电位数据据通过GGPRSS无线通通讯方式式传送到到INTTERNNET网网上，通通讯协议议采用TTCP/IP，数据通通过INNTERRNETT网传送送到服务务器中，最后通通过服务务器中对对应的后后台服务务程序完完成数据据处理。后台服务务程序在在数据处处理时，同时完完成数据据的存储储、通讯讯和与GGIS系系统的信信息交换换工作。在GIIS系统统不工作作时，可可以实现现自动的的数据接接受和信信息下发发功能。满足数数据采集集无人的的要求。图1 系统软软件架构构示意图图图2 系统拓拓扑结构构示意

6、图图2）系统统构成管理中心心服务器器系统软件： 阴极极保护远远程监控控专家系统统软件 1套 Wiindoows Sevver 20003 1套 SQQLSeeverr20008 1套硬件： 服务务器1台 1个个Intternnet静静态IPP地址的的宽带接接入1条 （GPPRS通通讯）短信接收收模块及及短信中中心手机机卡 1套 （GSSM通讯讯）阴保站恒恒电位仪仪系统每个阴极极保护站站需要配配备一套套阴极保保护电源源系统，每套阴阴极保护护电源系系统由如如下设备备构成： IHHF数控控高频开开关恒电电位仪 2台 YHHS-11控制柜柜1台 恒电位位仪通讯讯转换器器视现场场情况确确定。智能电位位采

7、集系系统每个电位位采集点点需要配配备一套套智能电电位采集集系统，每套智智能电位位采集系系统由以以下设备备构成： 智能能电位采采集仪1台 长效效参比电电极 1只 水泥泥桩或钢钢桩 1个2长输管管道阴极极保护监监测与诊诊断系统统主要功功能阴极保护护在线监监控专家家系统结结合地理理信息系系统（GGIS）技术、专家系系统（PProllog）技术、无线通通讯（GGPRSS/GSSM）技技术和数数据库技技术，实实现了被被保护体体及其附附属设施施的维护护、终端端设备的的远程监监控和遥遥控、图图形化的的管理、数据的的查询与与分析以以及对出出现的故故障进行行诊断等等功能。在线监监控专家家系统的的主界面面如下图图

8、，从界界面中可可以直观观的查看看管道的的走向、设备的的位置以以及异常常检测点点的特殊殊显示，从而有有利于及及时掌握握阴极保保护的运运行情况况。图4阴极极保护在在线监控控专家系系统主界界面其主要功功能包括括：专家诊断断系统系统内部部集成的的阴极保保护专家家系统，能够在在充分利利用监控控数据的的基础上上，有效效地对阴阴极保护护运行过过程中出出现的问问题进行行诊断，并给出出故障发发生的原原因和相相应的处处理意见见，从而而给故障障排查和和维修提提供了依依据，提提高了科科学性和和准确性性。图4在GGIS界界面直接接调用专专家诊断断功能图5 统计计查询界界面中关关联诊断断功能图6 图形形对比诊诊断界面面图

9、7 故障障诊断界界面图8 故障障诊断报报告报警功能能及动态态响应设备自动动上传的的数据，管理软软件自动动检测报报警状态态，当超超出限定定值时，标记该该记录为为报警记记录，同同时在电电子地图图中相应应的设备备图标标标记为红红色，以以警示管管理者对对该监测测点附近近管道的的运行情情况进行行排查。数据汇总总统计系统提供供了对历历史数据据的报表表统计和和图表统统计的功功能，图图表分为为时间图图表和里里程图表表。时间间图表反反应某检检测点电电位的历历史变化化情况，里程图图表通过过管道沿沿线各监监测点的的数据能能够反映映整条管管道保护护效果的的变化趋趋势。图9 智能能电位采采集仪保保护电位位-时间间图表图

10、10 智智能电位位采集仪仪交流干干扰电压压-时间间图表图11 恒恒电位仪仪输出电电压、电电流、保保护电位位综合图图表图12 管管道沿线线保护电电位-里里程图表表图13 管管道沿线线恒电位位仪输出出电压-里程图图表设备监控控管理以管道、管段的的分类方方式对设设备进行行分组管管理，实实现设备备信息的的维护，设备包包括智能能采集仪仪、恒电电位仪、牺牲阳阳极、普普通电流流桩、普普通电位位桩等，其中能能对智能能电位采采集仪和和恒电位位仪进行行远程遥遥控，远远程控制制命令包包括设备备对时、参数设设置、即即时采样样、采样样时间设设置等。地理信息息系统平平台地理信息息包括地地图的基基本操作作（地图图缩放、移动

11、、面积和和距离测测量、图图元设备备的选择择和移动动等），管道的的绘制、监测设设备的选选择及注注释信息息的维护护等功能能；属性性信息包包含操作作员管理理、权限限管理、基础数数据管理理等功能能。阴极保护护日常记记录维护护系统中提提供了常常数管线线日常维维护记录录的录入入和保存存功能，如管道道防腐层层绝缘电电阻检测测记录、管道防防腐层大大修记录录、土壤壤理化性性分析记记录等，通过查查询、分分析日常常记录能能进一步步掌握管管道的运运行情况况。系统操作作日志维维护提供了操操作员的的操作日日志和设设备的通通讯情况况日志，便于系系统的维维护和对对操作员员的监督督。管道保护护电位监监测智能电电位采集集仪智能电

12、位位采集仪应应用了无无线通讯讯技术、低功耗耗技术，实现了了管道保保护电位位的自动动检测、数据采采集与传传输。支持GPPRS、GSMM无线数数据通讯讯方式。每天定时时自动采采集和上上传数据据，支持数数据存储储。支持连续续检测，采样频频率达到到1条/秒，能能够有效效检测杂杂散电流流干扰。支持断电电测试检检测，采采样频率率达到330条/秒。低功耗设设计，设设计指标标10年内内无需更更换电池池。稳定可靠靠，主机机允许埋埋地或在在水下使使用。现场安装装形式多多样，满满足防盗盗需要，测试桩桩形式有有水泥测测试桩和和钢管测测试桩。安装方便便，免维维护。图14 智智能电位位采集仪仪及其在在西二线线和川气气东送

13、现现场安装装图恒电位仪仪远程监监控IHFF数控高高频开关关恒电位位仪IHF数数控高频频开关恒恒电位仪仪的主要要功能特特点如下下：采用全数数字控制制高频开开关电源源技术。数字通讯讯接口，易于联联网和远远程监控控。中文液晶晶显示，操作简简便。工作参数数自保持持，可实实现无人人值守。控制精度度高，工工作范围围宽。流经参比比电极电电流小，参比电电极抗干干扰能力力强。体积小、重量轻轻，约为为相控电电源的11/5 。整机效率率较高，效率较较可控硅硅提高220以以上。电网适应应能力强强，环境境适应性性较好。使用维护护方便 。3阴极保保护监控控与诊断断系统关关键设计计1）系统统总体设设计系统总体体架构采采用B

14、/S架构构，数据据库采用用SQLLSERRVERR，地理理信息系系统采用用ARCCGISS，专家家系统采采用PRROLOOG，开开发工具具采用VVC.NNET。总体设设计的关关键要点点如下：将在线监监控系统统的数据据（恒电电位仪、智能电电位采集集仪等）随时体体现在用用户使用用操作的的GISS平台上上，将静静态的GGIS系系统，提提升为动动态系统统，满足足使用与与管理的的需要。实现这这一目标标，是通通过设计计专用的的后台服服务程序序，在完完成数据据通讯的的同时，动态刷刷新GIIS信息息，将在在线监控控数据及及时呈现现给用户户。专家系统统与在线线监控系系统的整整合，是是系统总总体架构构设计的的另一

15、个个关键。专家系系统诊断断功能是是否方便便，直接接关系到到系统的的易用性性。在系系统设计计时，提提供多个个专家系系统的诊诊断入口口，一是是从用户户使用的的GISS平台上上提供诊诊断入口口，二是是从系统统的统计计图表及及报表上上提供入入口。这这两种入入口，均均可以将将管道现现有相关关信息直直接带入入专家诊诊断过程程中，诊诊断效率率高，操操作简便便。三是是相对独独立的诊诊断入口口，诊断断所需信信息全部部需要手手工输入入，该方方式十分分灵活，不仅可可以诊断断本管道道的问题题，也可可以分析析诊断其其他管道道的信息息。2）专家家诊断系系统设计计本项目专专家系统统采用PPROLLOG开开发平台台，总体体架

16、构采采用经典典的专家家系统架架构，如如下图所所示：图15 专专家系统统结构示示意图考虑到PPROLLOG语语言的特特点，结结合本系系统的要要求，系系统呈现现在用户户面前的的内容主主要包括括：知识识维护、故障诊诊断、故故障统计计三个主主要部分分，其余余的推理理机、解解释器、知识获获取过程程等，均均在软件件内实现现。本系统通通过知识识维护模模块来获获取知识识，通过过对现象象、故障障、条件件的维护护来丰富富知识库库并设定定知识库库中的规规则；现现象由故故障组成成，故障障由条件件来判断断其是否否发生。故障诊断断模块是是对故障障进行诊诊断，通通过专家家系统的的提问以以及用户户的回答答，来匹匹配知识识库中

17、的的规则，从而确确定故障障是否发发生。诊诊断时，根据现现场的实实际情况况，先选选中一条条知识库库中已经经维护好好的现象象，然后后增加一一条诊断断记录。诊断记记录增加加后可以以进行诊诊断，根根据系统统的提问问用户进进行回答答，最后后得到可可能发生生的故障障。故障统计计模块中中通过对对已经诊诊断的故故障进行行确认，来统计计故障发发生的概概率。确确认方式式是当现现象被诊诊断后会会得到可可能发生生的故障障，用户户在现场场实际排排查故障障时，如如果通过过专家系系统诊断断确认的的故障发发生了，那么用用户需要要在专家家系统里里面对故故障进行行确认，从而专专家系统统可以积积累诊断断经验。专家系统知识维护故障诊

18、断故障统计现象维护故障维护条件维护故障确认故障正确率统计增加诊断监控系统诊断过程保存故障图16 专专家系统统界面架架构示意意图3）专家家系统知知识库设设计知识库(Knoowleedgee Baase)是知识识工程中中结构化化，易操操作，易易利用，全面有有组织的的知识集集群，是是针对某某一(或或某些)领域问问题求解解的需要要，采用用某种(或若干干)知识识表示方方式在计计算机存存储器中中存储、组织、管理和和使用的的互相联联系的知知识片集集合。这这些知识识片包括括与领域域相关的的理论知知识、事事实数据据，由专专家经验验得到的的启发式式知识，以及常常识性知知识等。考虑到阴阴极保护护知识的的特点，如何获

19、获取更多多的现场场经验和和典型案案例，是是摆在项项目开发发组面前前的关键键问题。为了保保证系统统开发的的顺利进进行，由由中石化化管道储储运分公公司科技技处牵头头，邀请请了中石石化、中中石油、解放军军等十多多个单位位的二十十多名专专家组成成专家顾顾问团，通过会会议、函函审、查查阅科技技文献等等方式，进行知知识的收收集整理理，确保保了知识识整理的的质量和和覆盖面面，这一一措施，为阴极极保护在在线监控控专家系系统的研研制成功功，提供供了有力力的保证证。根据阴极极保护系系统的特特点，专专家最终终确定了了阴极保保护知识识库的知知识构成成，共有有六大类类，333小类，75个个故障根根源，114种典典型故障

20、障曲线。六大类类分别是是管道、场站和阀室、自然环环境、外部干干扰源、牺牲阳阳极阴极极保护系系统、强制电电流阴极极保护系系统，基基本涵盖盖了长输输管道阴阴极保护护的所有有方面。4）智能能电位采采集仪设设计本系统的的主要硬硬件设备备为恒电电位仪和和智能电电位采集集仪，多多数恒电电位仪在在场站中中，具备备供电及及通讯条条件，容容易实现现远程监监控。管管道沿线线电位采采集现场场则不具具备这些些条件，因此，智能电电位采集集仪的设设计是系系统硬件件设计的的关键环环节。智能电位位采集仪仪设计的的关键是是电源和和通讯。管道沿线线没有电电源，采采用太阳阳能供电电，容易易损坏和和丢失，因此，采集仪仪最终选选用了“

21、一次性性电池供供电低低功耗”设计方方案，在在待机状状态下，功耗小小于100微安，电池选选用一次次性高能能电池，工作寿寿命超过过10年年。管道沿线线没有有有线通讯讯条件，采用飞飞机遥感感或卫星星通讯费费用较高高，采用用微波通通讯可靠靠性无法法保证，且频率率资源申申请困难难，目前前公共无无线通讯讯覆盖范范围很广广，大多多数管道道途径区区域均有有无线信信号，因因此，最最终选择择GPRRS/GGSM无无线通讯讯方式作作为采集集仪通讯讯手段，较好的的解决了了数据通通讯的问问题。4小结阴极保护护在线监监控专家家系统实实现了对对管道阴阴极保护护状况的的在线监监测，监监测人员员可以在在室内通通过电子子地图实实

22、时地查查看设备备的状态态、位置置、周边边环境以以及相关关的管道道状况，并可根根据实际际情况远远程调整整恒电位位仪的工工作状态态。配合合专家系系统，可可以对阴阴极保护护的状态态及故障障进行诊诊断分析析，并给出出处理意意见。本本系统采采用网络络架构，部门领领导可同同时在线线查看整整个系统统的运行行情况，对运行行数据的的查询可可形成各各种统计计图表和和统计报报表。针对管道道阴极保保护管理理的需要要，本系系统主要要解决了了如下问问题：（1）全全线阴极极保护统统一、集集中管理理使专专业人员员专注于于专业事事务阴极保护护在线监监控专家家系统是是一套集集设备监监控、数数据自动动采集、数据自自动存储储、数据据查询、故障诊诊断于一一体的管管理系统统，便于于管理单