长输管道阴极保护监测和诊断系统

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，由于线路长、监测点分散、交通不便，监测工作实施与管理难度高，工作量大，为此，国外在上世纪70～80年代首先开始进行远程监测方面的研究，主要采用的技术方案是飞机遥测和卫星通讯遥测，这些技术的运用，在一定程度上，达到了提高监测效率，降低劳动强度的目标，但高昂的数据采集成本限制了此类技术的应用。在数据分析方面，美国环境总署曾经组织了有关的专家，建立一套阴极保护系统的运行维护软件，该软件包括：腐蚀防护的教育和智能性专家诊断系统，可实现数据记录、智能性专家诊断、设备查询、日常管理确定敏感地区的管道位置，以便发生故障时，及时提供相关的详细资料。同时也可提供管道事故的预警信息。便于管理部门及时准确的了解有关的阴极保护信息，也便于具体执行人员的自检和系统阴极保护的信息积累。阴极保护技术具有较强的专业性，当前国内管道管理部门的阴极保护专业工程技术人员不足，而需要管理的管道却在不断增加，因此，通过采用新技术手段，提高阴极保护管理的水平成为发展的必然。1长输管道阴极保护监测与诊断系统架构阴极保护在线监控专家系统是一套面向阴极保护领域的无线远程智能在线监控和专家决策支持系统。该系统以地理信息系统（GIS）为管理平台，以SQLSERVER数据库作为系统统一的数据库，以公共无线数据通讯方式（GPRS/GSM）和其他有线通讯方式相结合的方式为数据传输手段，以低成本的方式实现遥测和遥控；该系统实现了对管道等被保护体保护状况的在线检测，同时可以通过远程监控方式随时监视并调整恒电位仪的工作状态，配合阴极保护在线监控专家系统进行辅助分析，可以使得整个阴极保护系统处于最佳的工作状态，最大限度的起到保护的作用。1）系统工作流程用户通过GIS应用程序提供的电子地图、图表和报表，可以直观的观察到管道沿线保护情况，同时可以通过专家系统进行辅助决策，帮助用户分析阴极保护系统中相关部分故障的原因和应对措施。恒电位仪数据通过有线通讯方式，利用用户原有通讯网络传送到异地的中心机房服务器，最后通过服务器中对应的后台服务程序完成数据处理。对于没有有线通讯条件的恒电位仪，其数据通过GPRS无线通讯方式进行传输。智能电位采集终端将采集的电位数据通过GPRS无线通讯方式传送到INTERNET网上，通讯协议采用TCP/IP，数据通过INTERNET网传送到服务器中，最后通过服务器中对应的后台服务程序完成数据处理。核后台服务程梨序在数据处牛理时，同时易完成数据的纹存储、通讯隐和与GIS熟系统的信息晌交换工作。扶在GIS系括统不工作时赚，可以实现锤自动的数据尝接受和信息探下发功能。泉满足数据采育集无人的要艘求。袭图1系邀统软件架构确示意图塞图2系嚼统拓扑结构剑示意图胶2）系统构犬成些管理中心服责务器系统软件：续律阴极丝保护远程监狭控桂专家派系统软件馆躁宿编1套库壮Wi愧ndows育Seve扛r200夏3倡疾洽裳西采俱1套黄龙SQ烂L伟Sever认2023哑段糊肺晋龄遇室1套硬件：葡粥服务浅器摩醉测歼喂色细雾找1台药冒1个陷Inter怨net静态暮IP地址的独宽带接入珍判1条（G固PRS通讯燕）绞短信接收模泛块及短信中乞心卡岂扩亏1套（案GSM通讯竭）晌阴保站恒电花位仪系统眠每个阴极保党护站需要配缩备一套阴极伐保护电源系惧统，每套阴孟极保护电源属系统由如下隔设备构成：技铃IH学F数控高频幅开关恒电位艺仪忽逝拦部2台桑各YH超S-1控制辣柜蛋贡闸也坚袄午1台刘恒炕电位仪通讯袜转换器视现美场情况确定禾。裹智能电位采园集系统巨每个电位采摔集点需要配表备一套智能素电位采集系状统，每套智洗能电位采集腐系统由以下场设备构成：也吩智能遇电位采集仪宪累防疾窃罩吸1台独裳长效喜参比电极忽筝祥脂拼株霜1只颈绢水泥娘桩或钢桩沉龄落找肌宽丝1个扒2和长输管道阴汁极保护监测锹与诊断系统凝主要功能肺阴极保护在刑线监控专家丰系统结棉合呆地理信息系兔统（膝GIS震）量技术、低专家系统（承Prolo殖g络）北技术、无线品通讯劝（GPRS手/GSM）看技术和数据刑库技术，实碎现了被保护询体及其附属拨设施的维护鹊、终端设备若的远程监控蛇和遥控、图钩形化的管理截、数据的查单询与分析以店及对出现的晶故障进签行诊断等功做能。在线监返控专家系统俩的主界面如峡下图，从界宵面中可以直农观的查看管肢道的走向、宝设备的位置脸以及异常检祖测点的特殊遵显示，从而器有利于权及时掌握阴狐极保护的运遣行情况。闯图盟4镇阴极保护在泡线监控专家紫系统主界面辅其主要功能炸包括：耻专家诊断系查统呆系统内部集音成的阴极保毒护专家系统赴，能够在充于分利用监控徒数据的基础灾上，有效地胃对阴极保护端运行过程中泊出现的问题衣进行诊断，协并给出故障斩发生的原因舞和相应的处铁理意见，从球而给故障排说查和维修提益供了依据，龟提高了科学允性和准确性企。柏图爱4嫩在GIS界着面直接调用纲专家诊断功蜘能壁图倘5葱统计浇查摆询界面中关笑联延诊断功能浅图因6臂图形岭对比诊断界候面珍图担7森故障沙诊断界面摊图邀8演故障微诊断报告袖报警功能及豪动态响应橡设备自动上殖传的数据，闸管理软件自党动检测报警种状态，当超纳出限定值时挪，标记该记抗录为报警记愿录，同眯时在电子地浇图中相应的惕设备图标标旷记为红色，茅以警示管理歉者对该监测伴点附近管道生的运闭行情况进行吹排查。膊数据汇总统搞计凭系统提供了烧对历史数据掉的报表统计将和图表统计挑的功能，图屑表分为时间购图表和里程种图表。时间叛图表反应某插检测点电位艘的历史变化蛙情况，里程详图表通过管钞道沿线各监舞测点的数据率能够反映整刚条管道保护水效果的变化摄趋皱势。茅图击9峡智能括电位采集仪柳保护电位-积时间图表卡图群10兴智能恢电位采集仪完交流干扰电翠压-时间图个表泡图1收1奶恒电乌位仪输出电取压、电流、借保护电位综章合图表梅图1帆2盖管道凑沿线保护电苦位-里程图隆表际图讨1稠3丢管道艇沿线恒电位骡仪输出电压题-里程图表规设备监控管骂理爬以管道、管秆段杯的分类方式晨对脚设备进行分忘组管理，实债现设备信息连的维护，设罚备包括智能炕采集仪、恒饱电位仪、牺雨牲阳极、普渗通电流桩、屠普通电位桩革等，其中能酬对智能电位联采集仪和恒佣电位仪进行过远程遥控，客远程控制命蔑令包括设备炉对时、参数叨设置、即时陡采样、采样泡时间设置等名。考地理信息打系统平台阶地理信息包围括地图的基灶本操作（地僵图缩放、移省动、面积和妇距离测量、址图元设备的香选择和移动敞等），管道支的绘制、监俗测设备的选弊择及注释信挡息的维护等询功能；属性轿信息包含操哭作员管理、电权限管理、涂基础数据管灰理等功能。绪阴蚁极保护日常导记录维护肃系统中提供妖了常数管线松日常维护记携录的录入和你保梦存功能，如钳管警道防腐层绝隶缘骗电阻检测记艺录、管道防符腐层大修记贡录、土壤理眼化性分析记挥录等，通过日查询、分析赖日常记录能幻进一步掌握倍管道的运行咽情况。质系统操作日酱志维护充提供了操作圾员的操作日丹志和设备的粗通讯情况日秃志，便于系号统的维护和卷对操作员的淡监萄督。咸管道保护电旨位监测佩——部智能电位采雹集仪紫智能电位竞采集趋仪应用了无纳线通讯技术闷、低功耗技贡术，实现了颤管道保护电肺位的自动检猪测、数据采恨集与传输。兔支持GPR夫S、GSM含无线数据通槐讯方式寿。现每天定时自貌动采集和上汁传数据碰，尺支持数据存遥储蒙。裙支持连续逐检测，采样向频率达到1德条/秒，能论够有效检测橡杂散电流干砖扰。扬支持断衔电测试检测极，绍采样频率达倾到敬30条/秒糖。汇低功耗设计赚，扔设计指标氧10纪年内无需更纷换电池槽。历稳定可靠，尝主机允许埋饰地或在水下照使用特。扭现场安装形浇式多样，满节足防盗需要胜，测试桩形格式有水泥测辨试桩和钢管拖测试桩毫。幅安装方便，驼免维护希。驾图1逗4广智能窄电位采集仪赚及其符在西二线和丝川气东送吧现场安装图肆恒电位仪远耽程监控碧——彻IHF数控即高频开关恒冈电位仪摸IHF数控扰高频开关恒大电位仪的主冈要功能特点兵如下：蓬采用达全数字控制香高频开关电跑源技术北。岭数字通讯接永口，易于联访网和远程监于控闻。亮中文液鹊晶显示，操侮作简便辅。些工作参数自怎保持，可实霉现无人值守胜。汽控制精度桌高，工作范政围宽露。沸流经参比电鸦极电流小，猜参比电极抗帮干扰能力强僵。首体积小、重冈量轻，约为吹相控电源的痒1/5闹。隆整机效率较下高，效率较明可控硅提高怜20％以上夕。宾电网适应能券力强，环境塘适应性较好澡。蚁使用维护方储便。备3泪阴极保护监蛛控与诊断系茎统击关键设计煤1）系统总术体设计钢系统总体架负构采用B/抬S架构，数幕据库采用S树QLSER晓VER，地辽理信息系统饰采用ARC泪GIS，专认家系统采用渡PROLO裂G，开发工乱具采用VC插.NET。丈总体设计的堆关键要点如塔下：怀将在线监控砌系统的数据哲（恒电位辆仪、智能电杀位采集仪等匪）随时体现优在用户使用旱操作的GI阀S平台上，些将哪静态的GI渡S系统，提取升为动态系习统，满足使办用与管理的膜需要。实现兰这一目标，煤是通过设计锋专用的后台董服务程序，落在完成数据紧通讯的同时复，脉动态刷新G导IS信息，待将在线监控延数据及时呈拴现给用户。纠专家系统与仿在线监控系花统的整合，百是系统总体绵架构设计的惑另一个关键句。专家系统债诊断功能是谱否方便，直价接关系到系宇统的易用性诞。在系统设袋计时，提供纱多个专家系牙统的诊断入竭口，科一是从用户析使用的GI原S平台上提灿供诊断入口足，二是从系递统的统计图邀表及报表上侨提供入口。舰这两种入口肝，均可以将瓜管道现有相范关信息直接虹带瞒入专家诊断漆过程中，诊燃断效率高，贵操作简便。燥三泄是相对独立兴的诊断入口私，诊断雀所需信息全蚕部需要手工材输入，该方躺式十分灵活纺，不仅可以件诊断本管道章的问题，也俱可以分析诊典断其他管道劝的信息。掩2）专家诊吹断系统设计里本项目专家痕系统采用P悲ROLOG异开发平台，西总体架构采句用经典的专婆家系统架构苏，如下图所样示：离图1验5打专家狭系统结构示婚意图壤考虑到PR洞OLOG语筛言的特点，因结合本系统牲的要求，系食统呈现在用忍户面前的内豆容主要包括蒸：知识维护么、故障诊断联、故障统计辉三个主要部引分，其余的狂推理机、解册释器、知识乓获取过程等顶，均在软件形内实现苏。曲本系统通过衫知识维护费模块来获取细知识，通过单对现象、故慧障、条件的掠维护来丰富箩知识库并设奴定源知识库中的愧规则；现象淡由故障组成它，故障由条万件来判断其恩是否发生。使故障诊断模奋块是对故障戴进行诊断，兵通过专家系咳统的提问以威及用户的回地答，来匹配浆知识库中的轧规则，从而古确定故障是邀否发生。诊撕断时，根据印现场的实际时情况，先选灶中一条知识微库中已经维粮护好的现象更，然后增加庸一条诊断记故录。诊断记晴录增加后可徒以进行诊断雕，根据系统乡的提问用户上进行回答，福最后得到可舞能发生的故浊障。狡故障统计模卖块中通过对骂已经诊断的胡故障进行确相认，来统计缓故障发生的挺概率。确认剖方式是当现志象被诊断后下会得到可能恩发生的故障夕，涝用户在现场技实际排查故凝障时，如果女通过专家系贸统诊断确认锋的故障发生助了素，那么用户蹄需要在专家任系统里面对集故障进行确驳认，从而专荷家系统可以侄积累诊断经隙验。专家系统专家系统知识维护故障诊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皱图1贝6渗专家建系统砍界面架构油示意图叶3）趟专家系统知吼识库设计塘知识库(K盐nowle近dgeB脸ase)是贪知识工程中贵结构化，易队操作，易利番用，全面有闪组织的知识顽集群，是针烧对某一(或映某些)领域善问题求解的耳需要，采用榴某种(或若籍干)知识表膜示方式在计常算机存储器续中存储、组钉织、管理和错使用的互相革联系的知识显片集合。这届些知识片包印括与领域相勾关的面理论知识、列事实数据，摄由专家经验难得到的启发驳式知识够，旧以及常识性锹知识舌等。柴考虑到阴极干保护知识的华特点，如何佳获取更多的余现场经验和拨典型案例，观是摆在项目套开发滨组面前的关伍键问题。为物了保证系统课开发的顺利螺进行，旧由匹中石化管道都储运分公司淋科技处牵头旦，邀请了中恩石化、中石印油、解放军历等伪十多个撤单位的二十拆多名专家组鲜成专家顾问岛团，通过会科议、函审、举查阅科技文之献等方式，辣进行知识的禾收集整理，足确保了驾知识整理的糠质量和覆盖抽面，这一措躁施，为阴极塔保护在线监英控专家系统科的研制成功稳，提供了有验力的保证。检根据阴极保触护系统的特顽点，专家最播终确定了阴延极保护知识绒库的知识构千成，共后有六大类，枪33小类，肃75个故障比根源，14膀种典型故障蜂曲线。六大续类工分别是时管道毅、农场站逗和怪阀室拆、框自然环境童、泪外部干扰源规、浅牺牲阳极荣阴极保护观系统珠、冶强制电流生阴极保护逢系统绘，基本涵盖芬了长输管道育阴极保护的灰所有方面。尼4）庭智能电位采佩集仪设计胶本系统的主轮要硬件设备疾为恒电位仪存和智能电位具采集仪，多少数恒电位仪慰在场站中，植具备供电及肆通讯条件，万容易实现远倡程监控。管斑道沿线电位复采集现场则窗不具备这些僵条件，因此址，智能电位棉采集仪的设贸计是系统硬梁件设计的关骨键环节。放智能电位采缩集仪设计的袖关键是电源晃和通讯。乔管道沿线没件有电源，采做用太阳能供烫电，容易损浑坏和丢失禾，因此，蔑采集仪最终误选用了折“猪一次性电池均供电＋低功野耗虹”数设计方案，撑在待机状态毁下，功耗小精于10微安寒，电池选用刮一次性高能旷电池，工作新寿命超过1迅0年。榴管道沿线没舰有有线通讯筒条件，采用身飞机遥感或陈卫星通讯费影用较高，采巴用微波通讯麻可靠性无法阔保证，且频浮率资源申请盼困难，目前做公共无线通抽讯覆盖范围辱很广，大多加数管道途径赌区域均有无御线信号，因勉此，最终选傻择GPRS厅/GSM无心线通讯方式隆作为采集仪拒通讯手段，摘较好的解决字了数据通讯惹的问题。4小结陡阴极保护在歇线监控专家挽系统实现了稀对管道挣阴极奋保护状况的烈在线膛监测遍，监测人员哥可以在室内冬通过电子地稳图实时地查哄看设备的状妇态立、位置、周戴边环境以及童相关的管道锤状况，并可笑根据实际情阶况远程调整芹恒爹电位仪的工笋作状态。配宗合专家系统筹，可以对阴遵极保护的状乞态及故障进需行诊断分析羡，庄并给出处理爱意见。本系标统采用网络忆架构，部门纠领导可同时气在线查看整还个系统的运花行情况，对川运行数据的示查询可形成突各种统计图驻表和统计报白表。誉针对管道阴涝极保护管理太的需要，本子系统主要解宰决了如下问观题：概（1）全线怀阴极保护统乞一、集中管净理征——柜使专业人员播专注于专业成事务叶阴极保护在冰线监控专家摆系统是一套晒集设备监控洽、数据自动扎采集、数据东自动存储、剪数据查询、慨故障诊断于布一体的管理施系统，便于宰管理