管道生產監控數據傳輸方式優劣比較

劉喜平

中圖分類號： TN919 文獻標識碼： A

近些年，國內管道建設進入高峰期，近十年來，國內多條輸油管道、輸氣管道相繼建成投產，而新建管道大多均采用集中監控、調度運行的模式，管道沿線各場站、閥室生產數據的采集，關乎整個管道的安全生產調控，以及整個管道的計量數據、生產數據、ESD等系統的正常運行，它是管道集中監控的基礎，目前，國內輸油氣管道均有距離長、跨度大、沿線站場、閥室多的特點，而站場、閥室監控數據的實時傳輸，及控制中心緊急控制信號的安全高效下達，在輸油氣安全生產中就顯得極為重要，故此，一條安全穩定高效的數據傳輸通道建設就成為輸油氣管道建設中不可或缺的重要一環；沒有一條安全高效平穩的數據傳輸通道，將直接影響管道的按期投產及正常運行。

西氣東輸做為國內輸氣管道管理的佼佼者，同樣在生產數據的傳輸方式上進行了不斷的探索和持續的改進，不斷將數據傳輸的新技術應用到實際生產中，目前西氣東輸各站場、閥室與調控中心的生產數據傳輸方式大致有以下幾種：光纖通信、衛星通信、DDN公網、借助移動運營商網絡發送短信息；

西氣東輸一線建設之初，當時的數據傳輸主要靠租用當地電信運營商的DDN電路和衛星通信做為數據傳輸的主備用傳輸方式，投產后，沿管道同溝敷設了硅芯管，為后期的光纜敷設做準備，2004年10月1日西氣東輸投產時，由于光纜沒有全線敷設到位，而當時又投產日期逼近，且各站及閥室均安裝調試了衛星通信系統，當時以衛星通信為主，DDN通信為輔進行了管道設備調試。此后很長一段時間使用衛星通信的方式進行生產調控。

2006年西氣東輸建成西氣東輸一線光通信網絡，光通信網管中心設置在上?？偛?，自此西氣東輸生產數據主要依靠自建的光纖通信網，沿線各站場及RTU閥室的生產數據均通過站內的SCADA路由器將站內數據采集整理后通過光纖通信方式上傳到調控中心，目前生產數據基本靠此種傳輸方式。

光纖通信即利用光導纖維傳輸光波信號的通信方式，其主要由光發射機、光接收機、光中繼器及光纖組成一個系統進行信號傳輸；光纖即光導纖維的簡稱，其制作材料為二氧化硅，目前主要用850nm、1310nm、1550nm三個低損耗窗口進行傳輸信號，光纖又分單模、多模光纖，目前西氣東輸使用的是單模光纖；此種傳輸方式，具有傳送頻帶寬，傳輸容量大，抗電磁干擾能力強，保密性好、出現故障后通過網管系統可以快速定位、快速處理等優點，

但此種方式需要提前敷設好光纜，提前安裝調試光通信設備，且須專業人員24小時進行監控值班，前期投資大，后期也需要專業的維護人員進行定期維護。

為保證站場、閥室的生產數據全天24小時不間斷傳輸，確保站場、閥室24小時處在調控中心的監控之下，各站場、閥室一般均建設了一主一備兩條數據數據傳輸通道，西氣東輸目前大部分站場采用衛星通信方式做為備用傳輸通道來傳輸生產數據。

衛星通信的機理就是通過衛星天線接收地球同步衛星發射的特定波段的電磁信號，再經過信號放大器進行除噪，解析出真正有用的電磁信號，進行轉碼處理還原為正常的生產控制信號：其本質就是地球上的無線電通信站點間利用人造衛星做為中繼站進行無線通信。衛星通信使用的微波頻段一般為300M-300GHz分為C波段、Ku頻段、Ka頻段、L頻段等；目前，中石油已組建了自己的VSAT衛星通信網絡，西氣東輸各閥室、站場與調控中心的衛星通信采用星形網絡方式，各站場、閥室均與調控中心的主站進行通信，完成站場、閥室數據向調控中心的傳輸；

此種通信方式的優點是：1、分別范圍廣（同步衛星兩極地區為通信盲區，高緯度地區通信質量不好，我國大部分地區均在中低緯度），不受地域限制；2、投資成本較小，運行成本低，運行穩定；但也存在以下缺點：1、信號保密性不好，數據易泄漏；2、受電磁信號干擾嚴重，設置衛星小站前，需進行電磁干擾測試；3、接收信號能力與主站的信號發射強度和接收信號的天線質量關系很大；受雨雪天氣影響較大，當云層過厚或衛星天線被遮擋時極易影響信號接收，造成衛星通信掉網。4、衛星網組建和維護需要專業的調試設備和人員；5、信號存在較大的信號傳輸時延和回波干擾；6、存在日凌中斷和星蝕現象。

由于光通信傳輸方式基本能滿足西氣東輸數據傳輸需求，做為有效補充，目前衛星通信方式做為大部分站場的備用數據傳輸方式一直為西氣東輸各站場、RTU閥室所使用。

除了以上兩種數據傳輸方式，西氣東輸建設之初也借助地方電信運營商已建成的固有數據網絡，采用租用電信運營商DDN線路方式傳輸數據。

DDN數據傳輸方式即租用電信運營商的數據電路進行傳輸生產數據，先期建設由電信運營商專門為西氣東輸站場敷設一條直接進站的光纜線路，且在站內配置一套數據傳輸終端和協議轉換器，將西氣東輸采集生產數據的自動化設備路由器通過協議轉換器與電信運營商的DDN的線路連接起來，再通過電信運營商的設備、廣域網連接到中石油調度控制中心，以此種方式將各個生產站場的生產監控及控制數據傳輸到調控中心的方式為DDN數據傳輸。

首先，此種傳輸方式需電信運營商專門為各個生產場站預先敷設一條光纜，目前，中石油所建站場出于安全、方便等方面的考慮，一般站場建設地點比較偏僻，一般站場距電信運營商的原有線路比較遠，這就導致初期敷設費用較高，且一般DDN線路專門敷設的光纜對于電信運營商來說由于線路內傳輸的業務量少，運營商一般均沒有配置的專門的巡護人員，如產生故障，由于網管在電信運營商，且兩端設備均為其所有，無法短時間內判定故障原因，一般均需電信運營商和我方雙方專業人員到場配合才能處理，且在中石油內部又牽扯自動化和通信專業之分，站內一般是不可能同時配置兩個專業的人員的，如租用電路人員為地方各站，則作為國有企業的電信運營商，由于單一一條線路租用費用不高，且目前的電信運營商基本處于壟斷地位，站內與其沒有討價還價余地，且缺乏有效的制裁手段，導致出現故障需運營商配合檢查時，與電信運營商協調困難，導致故障處理的協調時間較長，一般當天無法完成；如：2013年某站，調度人員通知自動化人員其備用SCADA數據傳輸路由不通，自動化人員要求通信人員檢查DDN線路，通信人員與電信運營商一起檢查線路，經環回測試沒有問題，但自動化數據仍然不通，自動化人員又提出電信運營商的DDn電路丟包嚴重，但當地電信運營商堅持其線路環回測試沒有問題，故障原因不在其DDN線路，后來又檢查協議轉換器、又檢查調控中心的設備、再檢查數據配置；就此故障，雙方一直協調，前后處理了一個月有余，才將故障原因查清，排除故障。

近些年由于閥室安全需要，需將普通閥室的少量參數等監控數據傳輸到監控中心，但由于建設期間出于成本的考慮，新建的普通閥室沒有供電設備，且傳輸的參數極少，鑒于此種情況，結合目前社會大面積使用的GPS、手機等，普通閥室所在地區移動或聯通信號全部能夠覆蓋到，結合以上情況，西氣東輸研發了在閥室使用一塊芯片采集管道的壓力、溫度等參數，每日以手機短信的形式在固定時間點向調控中心發送短信的形式，來向控制中心發送數據，便于控制中心采集分析閥室的運行情況。此種數據傳輸方式為西氣東輸近兩年采用，針對信息采集量少，沒有安裝配套的供電設備，采用太陽能或電池供電的閥室而設計，極大節約了管道運行單位的生產成本。