长输管道阴极保护监测与诊断系统

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。后台服务程序在数据处理时，同时完成数据的存储、通讯和与GIS系统的信息交换工作。在GIS系统不工作时，可以实现自动的数据接受和信息下发功能。满足数据采集无人的要求。图1系统软件架构示意图词图2系悉统拓扑结构斜示意图责2）系统构寿成辣管理中心服维务器系统软件：完球阴极制保护远程监摄控达专家忌系统软件块闲灿妖1套旧栽Wi讨ndows笨Seve榜r200禾3唤齿庭摔棍握秧1套开柜SQ兴LSeve亡r2023嫂哪练应速产畜究1套硬件：辩萝服务毛器满松洋嗓怒糠蝴加界1台弄竟1个童Inter乏net静态净IP地址的丝宽带接入营侄1条（G纪PRS通讯庸）迅短信接收模旗块及短信中捉心卡诵托莫1套（G臂SM通讯）晓阴保站恒电赵位仪系统咏每个阴极保外护站需要配瓶备一套阴极否保护电源系仆统，每套阴腾极保护电源某系统由如下校设备构成：龙填IH妇F数控高频醉开关恒电位针仪齐杜载游2台碌征YH托S-1控制肚柜灿胆此秘猎暂尺1台枯恒师电位仪通讯鸭转换器视现努场情况确定巾。宁智能电位采挂集系统坛每个电位采午集点需要配丰备一套智能仓电位采集系匠统，每套智伪能电位采集裙系统由以下洪设备构成：炎蛾智能保电位采集仪梅颗拿竟犬很估1台旺克长效希参比电极对插钱赛挑藏铜1只嗽墙水泥个桩或钢桩调絮筝盘仗额炮1个听2膀长输管道阴壶极保护监测累与诊断系统兽主要功能凝阴极保护在些线监控专家困系统结合偏地理信息系币统（闷GIS弯）猛技术、逆专家系统（蛮Prolo菌g饺）泊技术、无线才通讯窄（GPRS踢/GSM）速技术和数据掠库技术，实帐现了被保护葡体及其附属弊设施的维护附、终端设备宝的远程监控没和遥控、图掩形化的管理堆、数据的查暂询与分析以葵及对出现的叉故障进行诊饱断等功能。两在线监控专唇家系统的主家界面如下图茫，从界面中淹可以直观的族查看管道的假走向、设备锋的位置以及纹异常检测点趣的特殊显示惨，从而有利贫于及时掌握时阴极保护的落运行情况。亭图搂4帅阴极保护在汤线监控专家罗系统主界面稿其主要功能粱包括：廉专家诊断系酿统资系统内部集食成的阴极保彻护专家系统没，能够在充酬分利用监控注数据的基础漠上，有效地虫对阴极保护反运行过程中粗出现的问题东进行诊断，款并给出故障投发生的原因航和相应的处菠理意见，从颠而给故障排砍查和维修提漆供了依据，凯提高了科学稿性和准确性困。础图柔4拦在GIS界示面直接调用什专家诊断功稻能央图辅5方统计可查询界面中誓关联诊断功名能唇图砖6猎图形返对比诊断界饶面定图辱7突故障余诊断界面还图饮8响故障泉诊断报告化报警功能及拣动态响应凭设备自动上圈传的数据，吸管理软件自甜动检测报警庭状态，当超金出限定值时殿，标记该记敌录为报警记尾录，同时在弊电子地图中沟相应的设备帐图标标记为泽红色，以警梅示管理者对秘该监测点附酒近管道的运凯行情况进行交排查。洁数据汇总统浸计万系统提供了持对历史数据诞的报表统计说和图表统计瓣的功能，图既表分为时间来图表和里程叹图表。时间硬图表反应某柔检测点电位柱的历史变化声情况，里程榴图表通过管盘道沿线各监井测点的数据岛能够反映整趟条管道保护兆效果的变化嗓趋势。雕图份9智智能雕电位采集仪伯保护电位-剧时间图表溪图插10肾智能堂电位采集仪丙交流干扰电价压-时间图鸣表逐图1迫1诚恒电久位仪输出电华压、电流、厦保护电位综框合图表贸图1帖2善管道历沿线保护电段位-里程图颠表猜图1似3阀管道曾沿线恒电位袍仪输出电压姜-里程图表刮设备监控管角理帆以管道、管材段的分类方色式对设备进瓦行分组管理强，实现设备仇信息的维护再，设备包括鞠智能采集仪朋、恒电位仪茧、牺牲阳极待、普通电流鼠桩、普通电厦位桩等，其它中能对智能帝电位采集仪谦和恒电位仪给进行远程遥家控，远程控初制命令包括棍设备对时、咐参数设置、滔即时采样、肝采样时间设戴置等。烛地理信息挤系统平台盘地理信息包逃括地图的基浙本操作（地沸图缩放、移膏动、面积和电距离测量、皱图元设备的涛选择和移动低等），管道度的绘制、监监测设备的选洒择及注释信顺息的维护等徒功能；属性浓信息包含操诵作员管理、取权限管理、械基础数据管荣理等功能。般阴极保护日逝常记录维护戴系统中提供识了常数管线杠日常维护记摩录的录入和窗保存功能，页如管道防腐摘层绝缘电阻惊检测记录、牛管道防腐层短大修记录、柜土壤理化性妹分析记录等控，通过查询冈、分析日常恒记录能进一拾步掌握管道抄的运行情况王。忧系统操作日咱志维护臭提供了操作摘员的操作日稻志和设备的贷通讯情况日林志，便于系扬统的维护和腐对操作员的辟监味督。云管道保护电鉴位监测降——欲智能电位采美集仪品智能电位殖采集异仪应用了无节线通讯技术熄、低功耗技侵术，实现了勺管道保护电签位的自动检思测、数据采终集与传输。熟支持GPR连S、GSM保无线数据通商讯方式狮。发每天定时自肚动采集和上灿传数据坚，施支持数据存果储交。甜支持连续检蚀测，采样频脚率达到1条津/秒，能够红有效检测杂担散电流干扰辛。尼支持断电测化试检测，采抱样频率达到纹30条/秒闷。投低功耗设计扁，咱设计指标沙10欧年内无需更钟换电池泡。桌稳定可靠，透主机允许埋荡地或在水下矛使用伐。核现场安装形州式多样，满买足防盗需要爷，测试桩形挡式有水泥测撑试桩和钢管您测试桩魔。收安装方便，拔免维护密。合图1叙4咱智能架电位采集仪扶及其德在西二线和锁川气东送蚕现场安装图湿恒电位仪远蚁程监控道——朋IHF数控梅高频开关恒汗电位仪尼IHF数控击高频开关恒检电位仪的主什要功能特点去如下：恰采用贿全数字控制晨高频开关电痛源技术籍。议数字通讯接皮口，易于联肠网和远程监顽控口。们中文液晶显畅示，操作简药便邪。亮工作参数自虽保持，可实敬现无人值守怀。乘控制精度高桑，工作范围请宽枝。躲流经参比电造极电流小，溜参比电极抗始干扰能力强灿。拜体积小、重仰量轻，约为市相控电源的缺1/5背。想整机效率较和高，效率较抽可控硅提高部20％以上亲。赢电网适应能买力强，环境孤适应性较好妇。忽使用维护方技便。粘3巨阴极保护监步控与诊断系分统办关键设计为1）系统总守体设计辣系统总体架烧构采用B/撒S架构，数么据库采用S宴QLSER处VER，地母理信息系统鼻采用ARC眼GIS，专迎家系统采用穿PROLO肿G，开发工驼具采用VC券.NET。鸣总体设计的阀关键要点如逗下：顺将在线监控重系统的数据速（恒电位仪装、智能电位遮采集仪等）远随时体现在动用户使用操机作的GIS效平台上，将怨静态的GI娇S系统，提库升为动态系吗统，满足使荷用与管理的宴需要。实现命这一目标，报是通过设计抛专用的后台耍服务程序，陪在完成数据压通讯的同时白，冷动态刷新G模IS信息，磁将在线监控揪数据及时呈梨现给用户。级专家系统与房在线监控系个统的整合，交是系统总体身架构设计的昆另一个关键缴。专家系统民诊断功能是窜否方便，直暮接关系到系棵统的易用性今。在系统设顾计时，提供棚多个专家系拨统的诊断入斥口，慌一是从用户很使用的GI答S平台上提疫供诊断入口妖，二是从系俭统的统计图讨表及报表上奥提供入口。潮这两种入口顷，均可以将斤管道现有相解关信息直接拔带入专家诊舟断过程中，潜诊断效率高脖，操作简便严。三组是相对独立纯的诊断入口成，诊断岔所需信息全懂部需要手工规输入，该方妖式十分灵活废，不仅可以皮诊断本管道往的问题，也屋可以分析诊腰断其他管道叫的信息。滥2）专家诊戒断系统设计可本项目专家矛系统采用P岁ROLOG草开发平台，梢总体架构采胖用经典的专搭家系统架构坚，如下图所饰示：怎图1遣5锐专家置系统结构示拴意图册考虑到PR评OLOG语著言的特点，鹅结合本系统殖的要求，系只统呈现在用掘户面前的内缠容主要包括寿：知识维护拌、故障诊断六、故障统计熊三个主要部闯分，其余的溉推理机、解阁释器、知识鹅获取过程等冲，均在软件压内实现稀。它本系统通过际知识维护模稿块来获取知尝识，通过对铜现象、故障膜、条件的维拾护来丰富知茎识库并设定留知识库中的桐规则；现象可由故障组成皂，故障由条录件来判断其倡是否发生。饰故障诊断模宅块是对故障冰进行诊断，逐通过专家系以统的提问以诱及用户的回甘答，来匹配估知识库中的崖规则，从而桥确定故障是谋否发生。诊佣断时，根据披现场的实际巧情况，先选绵中一条知识惠库中已经维张护好的现象挎，然后增加汤一条诊断记革录。诊断记敏录增加后可侍以进行诊断域，根据系统钱的提问用户湖进行回答，公最后得到可茶能发生的故概障。依故障统计模第块中通过对草已经诊断的晕故障进行确欣认，来统计起故障发生的疏概率。确认弃方式是当现脑象被诊断后北会得到可能颠发生的故障粱，用户在现欲场实际排查秩故障时，如号果通过专家篮系统诊断确断认的故障发狸生了，那么腊用户需要在帽专家系统里誉面对故障进贩行确认，从恶而专家系统苏可以积累诊钉断经验。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连图1蹈6谨专家喷系统絮界面架构破示意图雕3）牲专家系统知参识库设计老知识库(K消nowle竟dgeB密ase)是脖知识工程中犬结构化，易暴操作，易利纺用，全面有辫组织的知识概集群，是针敬对某一(或涉某些)领域尸问题求解的倒需要，采用若某种(或若纷干)知识表驾示方式在计省算机存储器乐中存储、组昆织、管理和鞠使用的互相劈联系的知识屑片集合。这判些知识片包核括与领域相经关的理论知漏识、事实数壁据，由专家废经验得到的灭启发式知识贼，均以及常识性厘知识等。殃考虑到阴极姑保护知识的鄙特点，如何三获取更多的卖现场经验和榴典型案例，否是摆在项目嫂开发马组面前的关诱键问题。为焰了保证系统啄开发的顺利摧进行，犬由另中石化管道叨储运分公司断科技处牵头垮，邀请了中稍石化、中石躺油、解放军睬等鸟十多个貌单位的二十柔多名专家组驼成专家顾问聋团，通过会选议、函审、贿查阅科技文法献等方式，介进行知识的舟收集整理，弓确保了凳知识整理的脑质量和覆盖榆面，这一措矮施，为阴极架保护在线监省控专家系统窑的研制成功项，提供了有深力的保证。筹根据阴极保逢护系统的特皇点，专家最教终确定了阴驼极保护知识畅库的知识构捡成，共有六物大类，33勇小类，75木个故障根源俱，14种典闯型故障曲线两。六大类分偷别是渡管道喊、览场站猜和玩阀室翁、椅自然环境听、院外部干扰源锋、异牺牲阳极灾阴极保护择系统厚、悬强制电流桂阴极保护街系统秤，基本涵盖脊了长输管道可阴极保护的螺所有方面。痛4）旨智能电位采触集仪设计故本系统的主滑要硬件设备谷为恒电位仪脑和智能电位脏采集仪，多炊数恒电位仪肠在场站中，尤具备供电及沟通讯条件，南容易实现远党程监控。管残道沿线电位着采集现场则席不具备这些怕条件，因此档，智能电位艳采集仪的设所计是系统硬俊件设计的关颗键环节。松智能电位采木集仪设计的暑关键是电源蹦和通讯。泛管道沿线没摘有电源，采嘱用太阳能供绑电，容易损罩坏和丢失误，因此，采释集仪最终选灰用了肠“宜一次性电池摩供电＋低功锅耗贱”药设计方案，腥在待机状态凯下，功耗小需于10微安忍，电池选用狡一次性高能墓电池，工作薪寿命超过1催0年。呼管道沿线没批有有线通讯珍条件，采用厚飞机遥感或穿卫星通讯费湖用较高，采耗用微波通讯杨可靠性无法祖保证，且频驶率资源申请扫困难，目前姨公共无线通敌讯覆盖范围预很广，大多仅数管道途径虹区域均有无芒线信号，因湾此，最终选偶择GPRS尺/GSM无值线通讯方式亏作为采集仪督通讯手段，弃较好的解决仿了数据通讯披的问题。4小结俱阴极保护在波线监控专家腹系统实现了盘对管道等阴极父保护状况的贴在线资监测涨，监测人员属可以在室内聋通过电子地棉图实时地查南看设备的状轮态、位置、鸽周边环境以亡及相关的管挪道状况，并隶可根据实际谷情况远程调美整恒电位仪殊的工作状态版。配合专家钩系统，可以堵对阴极保护涛的状态及故鹿障进行诊断渣分析深，酿并给出处理珍意见。本系劳统采用网络梳架构，部门旅领导可同时鸭在线查看整屈个系统的运正行情况，对豆运行数据的奶查询可形成障各种统计图么表和统计报西表。拿针对管道阴爆极保护管理韵的需要，本勤系统主要解遵决了如下问北题：塔（1）全线富阴极保护统撞一、集中管椅理触——匆使专业人员馅专注于专业钞事务茫阴极保护在前线监控专家泻系统是一套贺集设备监控亭、数据自动密采集、数据业自动存储、雁数据查询、僚故障诊断于蜡一体的管理硬系统，便于伶管理单位的况