孫偉楠　于東林　王春雷

摘 要：為解決管化工道存在的跑、冒、滴、漏等問題，本文研發(fā)出EIS（Engineering Information System）管道監(jiān)控系統(tǒng)，通過挖掘工程設(shè)計信息，對現(xiàn)有的工程建設(shè)圖紙、工藝生產(chǎn)資料、竣工驗收資料進(jìn)行收集、整合、錄入，建立EIS管道安全數(shù)據(jù)庫。使用ATmegal28L微處理器對數(shù)據(jù)預(yù)處理，采用Zabbix對歷史數(shù)據(jù)抽查處理，利用伴檢監(jiān)控模式，并利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行信息處理，形成PC端、移動端對管線實時監(jiān)控。

關(guān)鍵詞：EIS;數(shù)據(jù)庫;伴檢監(jiān)控;ATmegal28L;Zabbix;信息處理

中圖分類號：TG174.37文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2018）26-0020-03

1 研究背景

管道運輸作為五大運輸業(yè)之一，在生產(chǎn)生活中起著至關(guān)重要的作用。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國石油化工、煤化工、醫(yī)藥化工等工藝管道總長度累計在100萬km以上，各類連接法蘭達(dá)560萬個以上，管道閥門達(dá)320萬個以上。

室內(nèi)外管道、法蘭和閥門造成的生產(chǎn)事故情況如下：①管道連接受自重、風(fēng)載荷等長期作用，焊口、法蘭處可能發(fā)生蠕變，造成管道滲漏;②管道在保溫狀態(tài)下，保溫層長期使用被破壞，雨水、融化的雪水滲透到保溫層內(nèi)，增加管道的重量，腐蝕管道，造成管道、法蘭、閥門腐蝕，導(dǎo)致“跑、冒、滴、漏”;③非保溫管道，防腐層破壞，造成管道、法蘭、閥門腐蝕，導(dǎo)致“跑、冒、滴、漏”;④積雪等自然條件使管道承載、受風(fēng)面積增大，管道的安全穩(wěn)定性受到影響，管道連接的法蘭、閥門的緊固性與密封性受到嚴(yán)重影響，同時自然條件還可以改變管道內(nèi)物料的保溫狀態(tài)，使管道輸送物料產(chǎn)生一定的溫度梯度，從而可能影響生產(chǎn)質(zhì)量，引發(fā)安全生產(chǎn)事故;⑤管道的意外、人為或其他因素破壞。

2 EIS的基本構(gòu)成與實現(xiàn)

2.1 基本構(gòu)成

EIS管道監(jiān)控系統(tǒng)由四部分構(gòu)成：EIS管道安全數(shù)據(jù)庫、伴檢系統(tǒng)、信息處理統(tǒng)統(tǒng)和用戶端使用系統(tǒng)。以Zabbix抽查問題節(jié)點數(shù)據(jù);4G無線網(wǎng)絡(luò)ATmegal28L微處理器對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理;通信衛(wèi)星對數(shù)據(jù)進(jìn)行收發(fā)[1-3]。

2.2 設(shè)計與實現(xiàn)模式

2.2.1 復(fù)合式監(jiān)控系統(tǒng)

2.2.1.1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)?；谀繕?biāo)建模檢測分析，檢測泄漏點泄露特征和是否達(dá)到報警值范圍。通過監(jiān)測到的位置測繪圖像，對該點的特征圖像進(jìn)行分析、處理。該裝置采用微型高清紅外夜視攝像儀，對管道進(jìn)行全天監(jiān)控，攝像儀在伴檢管線的保護(hù)下，減少了自然環(huán)境對設(shè)備裝置的損壞，延長了設(shè)備的使用壽命。

攝像儀通過視角變換，達(dá)到對所監(jiān)控的管道閥門、法蘭及易泄漏位置的全方位監(jiān)控，并且可通過拍照功能對被監(jiān)控部分進(jìn)行拍照，再由后臺對所拍照片進(jìn)行精密分析，以達(dá)到對泄漏情況的判斷。多角度攝像頭結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。

2.2.1.2 超聲波監(jiān)控系統(tǒng)。利用超聲波監(jiān)測，可發(fā)現(xiàn)細(xì)微的泄漏點，提早對泄露點進(jìn)行分析，有效預(yù)防泄露事故的發(fā)生。超聲波感應(yīng)器結(jié)構(gòu)及處理流程圖如圖2所示。

2.2.2 信息處理系統(tǒng)。所采集的信息通過伴檢管線將信息及時傳輸至緩沖數(shù)據(jù)庫。一方面，緩沖數(shù)據(jù)庫通過其預(yù)判功能，將采集的信息轉(zhuǎn)變?yōu)樾孤┑燃?，泄漏等級評估將會以APP推送的模式推送至用戶手機，以便用戶在第一時間得到泄漏情況，并且可以及時安排有效的維修方案。另一方面，泄漏信息會回流至EGP地下管道安全數(shù)據(jù)庫，進(jìn)一步完善EGP地下管道安全數(shù)據(jù)庫。

2.2.3 用戶使用系統(tǒng)。①PC端主要用于用戶對地下管道的實時監(jiān)控，主要以后臺工作室為主;②移動端主要用于巡檢員對所監(jiān)控的管線進(jìn)行實時監(jiān)控。

2.2.4 伴檢系統(tǒng)設(shè)計。伴檢監(jiān)測系統(tǒng)由信號傳輸線纜、伴檢管線、紅外攝像監(jiān)控、傳感器、監(jiān)控運行軌道等組成，其主要適用于對管線工況進(jìn)行實時監(jiān)控。伴檢監(jiān)控三維模擬如圖3所示。

3 EIS數(shù)據(jù)庫的信息錄入

通過對廠區(qū)內(nèi)各生產(chǎn)單元全方位的統(tǒng)計，將各生產(chǎn)單元初建設(shè)施、工程施工情況等信息錄入系統(tǒng)，實現(xiàn)對工程設(shè)計信息的全方位掌控。對已有管線搭建過程中的工程建設(shè)圖紙、工藝、竣工驗收技術(shù)資料進(jìn)行整合錄入，如圖4所示，并建立EIS管道安全數(shù)據(jù)庫。

4 EIS的數(shù)據(jù)采集與處理

4.1 管道數(shù)據(jù)采集

利用伴檢監(jiān)控模式，對管線工況進(jìn)行實時監(jiān)控，對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行雙向處理，一方面有效的數(shù)據(jù)回流至EIS管道安全數(shù)據(jù)庫，另一方面反饋至PC、移動端。工作人員可根據(jù)生產(chǎn)工藝工況，對數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析處理，把數(shù)據(jù)庫遺漏信息率降至最低。

使用工業(yè)級RFID數(shù)據(jù)采集器，內(nèi)裝WINCE、Windows Mobile系統(tǒng)，采用高性能激光掃描引擎、高速CPU處理器，具有防水、防潮及抗擠壓的性能。

4.2 采集信息PC處理技術(shù)

同一時間會采集大量數(shù)據(jù)，但由于采集的數(shù)據(jù)為ASCⅡ碼，通過數(shù)據(jù)模塊轉(zhuǎn)化成可閱讀的數(shù)據(jù)，對大量的數(shù)據(jù)里夾雜的部分?jǐn)?shù)據(jù)噪聲進(jìn)行可視化分析、規(guī)劃、整合，將處理后的結(jié)果以直觀的方式展現(xiàn)在移動端、PC端的控制面板上。

控制面板以Zabbix為主，通過Agent或者SNMP收集相關(guān)監(jiān)控數(shù)據(jù)，然后儲存到數(shù)據(jù)庫中通過前臺展示。當(dāng)出現(xiàn)問題時，可通過前臺獲取歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。獲取歷史數(shù)據(jù)有兩種方式：①通過Zabbix前臺獲取數(shù)據(jù);②通過前臺獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和二次查詢會被多次限制，因此可通過SQL語句直接從后臺DB查詢數(shù)據(jù)。常用查詢方法為：

[1SELECTALLDISTNCTSlelect_ListINTONew_Table_name2FROMTable_nameView_name，table2_nameview2_name3，…4WHERT Ssrch_conditions5GTOUP BY Group_by_list6HAVING Serch_conditions]

4.3 數(shù)據(jù)導(dǎo)入及對比

EIS是基于GIS的又一個創(chuàng)新，GIS可對工程地理信息進(jìn)行處理，EIS則是對工程設(shè)計信息進(jìn)行整合，都是將采集的信息數(shù)據(jù)錄入系統(tǒng)[4]。

4.4 分析結(jié)果報告與顯示

同比數(shù)據(jù)分析如圖5所示。圖5為1h內(nèi)采集數(shù)據(jù)的波動情況，通過對數(shù)據(jù)波動的幅度差進(jìn)行分析，將比率符合標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)錄入EIS數(shù)據(jù)庫，保證數(shù)據(jù)庫的不斷更新和優(yōu)化。

5 EIS數(shù)據(jù)的監(jiān)控應(yīng)用

5.1 4G無線網(wǎng)絡(luò)

采用ATmegal28L微處理器并在其中安裝ZigBee網(wǎng)絡(luò)通信芯片CC2430以及4G無線網(wǎng)絡(luò)通信芯片EM-560。CC2340芯片接收到監(jiān)控數(shù)據(jù)后，首先由嵌入式數(shù)據(jù)預(yù)處理軟件進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換和匯總處理，EM-560芯片再將預(yù)處理后的數(shù)據(jù)通過4G無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給衛(wèi)星通信終端。

5.2 通信衛(wèi)星

通過專用衛(wèi)星通信終端與通信衛(wèi)星進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)，在衛(wèi)星通信終端中部署北斗衛(wèi)星通信天線、太陽能電池板、VSAT小站通信天線、信號處理機及其他功能電路元件，能與北斗衛(wèi)星、中國通信衛(wèi)星等進(jìn)行通信。通信衛(wèi)星將接收到的管道監(jiān)控數(shù)據(jù)發(fā)送至地面接收站，并存儲在接收站的EIS管道安全數(shù)據(jù)庫中[5]。

6 結(jié)論

本文提出了一套較為完整的管道實時監(jiān)控可視化實現(xiàn)方案。該設(shè)計運用伴檢監(jiān)控模式，通過各系統(tǒng)之間的配合，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、比較，可視化分析泄露數(shù)據(jù)是否達(dá)到報警值，報警、預(yù)警等信息的可視化是洞察管道運行是否有異常狀態(tài)的關(guān)鍵。以ATmegal28L微處理器作為系統(tǒng)全面運行的基礎(chǔ)，使硬件與軟件實現(xiàn)技術(shù)上的結(jié)合，具有實時巡檢、主動報警、及時報警、信息聯(lián)動、低成本和低消耗等特點，可迅速、準(zhǔn)確地找到泄漏點位置。同時，采用模塊化設(shè)計的思想，具有良好的可擴展性，系統(tǒng)所有功能模塊采用模塊化方式進(jìn)行設(shè)計與實現(xiàn)，模塊間以松耦合方式進(jìn)行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)與控制信息交換，具有較高的可延展性、可維護(hù)性、應(yīng)用性。

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