输油管线实时监控与防盗系统

品牌/型号：TL/PIPEGUARDTM3.0

型号：PIPEGUARDTM3.0

用途：输油管线的防盗及泄漏定位

品牌：TL

加工定制：是

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输油管线实时监控与防盗系统(PIPEGUARDTM3.0)

1、

工作原理

该系统的关键和主要部分是输油管线的防盗及泄漏定位，管线防盗监控系统原理为负压波法、流量平衡法并综合神经网络智能辨识方法，该方法结构简单，安装方便，使用安全。通过这三种方法可以准确判断出是否有盗油现象并准确定位出盗油点，基本无误报现象。

管线在正常运行时，两端的温度、压力、流量等参数是相对稳定的。而当管线中间某点发生泄漏时，整条管线的运行参数平衡会被破坏，泄漏点会产生压降和流量损失，在管线的两端也会产生压降和流量波动。系统原理图如下：

1、输差检漏法

输差检漏法主要是根据油气储运理论中管线的输入量之和等于管线的输出量之和的原理。但实际上，进出口瞬时流量一般是不平衡的，影响这一不平衡的原因有多方面：如流体有微小可压缩性；温度对流体体积的影响，管线两端的温差会导致两端流量出现较大的差别；流量计本身存在一定的系统计量误差等。但在正常情况下，这几方面因素所导致的输差是比较稳定的。如果出现输差的稳定状态被破坏，比如出现输差较大的上升，就可以大致断定管线有异常情况发生。我们采用实时监视输差的方法来判断管线是否有泄漏现象发生。

2、负压波法

根据流体力学理论，当管线发生泄漏时，由于管道内外的压差，泄漏点会产生一个负的压力变化即负压波，负压波通过一定的波速沿管道向两端传播，本系统就是根据两个端点采集到的压力变化的时间差Dt，来确定泄漏点的位置。

3、神经网络智能辨识

系统融入了神经网络智能辨识方法，本方法的融入提高了系统的报警准确率、定位精度。详细原理（略）；

2、 系统结构

本系统包括硬件部分和软件部分。系统整体网络结构设置如下。

1、

采用局域网络通讯结构图

系统可以采用不同的网络通讯方式，可以使用局域网进行通讯。对于偏远的山区或无法建设局域网的地带，可以采用GPRS/CDMA移动网络系统进行通讯，其中CDMA带宽较GPRS宽。整个系统只是网络设备不同，其余设备都是一样的，不影响系统的整体结构和以后的扩展。整个系统实施时，总体可以分为老系统改造和新系统实施两部分来完成。

2、 硬件部分

智能信号处理器：

选用新大通公司的SP2.0信号处理器。完成现场信号的高速采集、滤波和降噪等预处理并进行一定时间的存储，内嵌GPS系统同步各采集站时钟，确保分析处理数据的同时性。SP2.0处理器采用高性能的工业级主板，具有大数据量、长时间处理能力，同时加入了硬件狗，系统运行稳定，同时数据传输协议采用TCP/IP协议传输，可以直接将数据发布到局域网上。同时系统针对双温度的情况进行处理。性能指标特点如下：

² 32位CPU，主频100MHz, 带硬件 Watch Dog 处理。

² 使用电压为外接 AC220V，内部为开关稳压电源。

² 通讯接口：2个标准RS232接口，

² 1个标准以太网接口。

² 12路模拟量输入（4～20Ma/1～5V），16位A/D转换精度。

² 6路脉冲量输入。

² 工作温度：-40~70°C。

² 采用ModBus总线协议，可接PLC和其它RTU模块。

² 带键盘、鼠标、显示器接口，可下载用户功能程序。

² 系统集成行强，故障点少，一个设备就可以代替原来的多块采集卡、接线板、信号处理板、隔离板、GPS授时器、毫秒同步板等设备。

² 可靠性强，稳定。设备基于嵌入式系统开发，应用优化的、小型的、堆栈式的工业控制总线，功耗低，速度快。

² 可以完成数据的采集、滤波，同时可以对数据进行一定时间的存储。

² 内嵌GPS时间同步系统，可以下载用户的特定功能程序。

² 可以独立运行于网络结构中。

高级功能特点：

² 网络多址广播、定址穿透功能

² 鉴于很过局域网中间分很多网段，而不同网段之间的交换机、路由器等设备具有阻截广播数据报的功能，因此下位机系统增加了定址发送功能，可以设置1到4个定址进行发送，能够具有网络穿透能力。

² 仪表参数免设置功能

² 为了结合上位机的以表参数修改功能，下位机软件作了相应的调整，使下位机和上位机连接现对应起来。达到上位机顺利修改的功能。

² 多功能滤波器

² 为了获得更好的数据，我们在下位机软件中增加了多功能滤波器，获得的数据具有更好的线型。

² 数据处理系统：即现场工业控制计算机，完成数据处理，参数设置、报警显示等。由于信号处理器可以直接将数据传送到远程计算终端，所以可以不用现场工业控制计算机。

由于智能信号处理器功能强大，带有CPU并且有多种通讯接口，所以可以单独放在站点使用，也可以同工控机（安装防盗监控系统客户端软件）配合使用。

结构图如下：

仪表设备：

系统对仪表精度、稳定性、防暴等要求较高，尤其对于仪表的精度要求较高，仪表精度直接影响系统的报警准确度和定位精度。系统所需要的仪表设备包括：流量计发信器、压力表变送器和温度变送器。具体要求如下：

² 流量计精度不低于0.2

² 压力变动器精度不低于0.1

² 温度变送器精度不低于0.5

网络设备：

系统对于网络要求较高，要求网络具有高度的稳定性，较低的丢包率。如果现场不具备局域网条件，建议采用CDMA设备网络。

上位机：

新系统的上位机软件可以放置在局域网络中的任意一台机器上，可以安装一台或多台，而做到以上功能的主要原因在于，下位机软件系统增加了较强的网络功能。

上位机负责接收下位机数据，并对接受到的数据进行分析处理，因此对上位机要稳定性要求较高，最好采用两台上位机同时运行，采用工业计算机。要求如下：

² CPU 2.0G以上

² 内存 >=256M

² 显卡>=32M

² 硬盘>=40G

² 网卡 100M

² 显示器 19“

3、 软件部分

软件使用我公司开发的智能诊断软件SDS（Smart Diagnosis System），通过输差检漏法和负压波法的耦合，克服了两种方法单独使用时的弊端，从而形成一种新的管道检测、定位系统；多尺度小波变换算法的加入，提高了系统的检测速度与抗干扰能，并使系统可检测的最小泄漏量进一步降低，同时采用先进的智能辨识算法，使系统具有在线自学习功能，提高了系统的容错性和精度。

PIPEGUARD TM 3.0软件系统在32位多任务环境中运行，系统软件本身是真正的32位应用程序。PIPEGUARD TM 3.0软件系统的操作员站可以在微软Windows NT或Windows 9x/2000平台运行。

PIPEGUARD TM 3.0与我们所提供的专用信号处理器SP3.0进行数据交换，读出、操作和分析系统所有的数据。

PIPEGUARD TM 3.0系统提供一个完善的实时数据库，该数据库包括模拟、脉冲输入。该数据库能够由用户在不需要任何程序编制的情况下进行组态，同时操作人员可以在不影响系统运行的情况下对参数进行在线修改。该组态过程不需要任何编程、编辑或链接，也不需关闭或重新启动系统。另外，组态不影响历史数据的处理。为便于数据库信息的查找，该数据库能够提供模拟数据、脉冲数据和事件数据的历史数据处理功能。

软件主要由以下模块组成：

数据采集模块：可以连接到网络上的所有信号处理器SP3.0，实时接收其数据，并根据管线分组，完成原始数据的采集。流量标体计算模块：软件中加入了对流量的温度修正，根据国标计算方法，将泄漏定位系统的流量转化为标体，频率为每秒实时进行，保证和提高了输差的计算精度，从而可以提高最小泄漏量的检测精度。流量、输差判断模块：软件对流量引入小波分析，对泄漏、提排量、降排量以及油库内各来油管线的相互影响时的流量变化趋势进行了统计，加入了程序数据库，通过现场流量数据的小波分析确定其实际的趋势，以此进行对比，判断是否为泄漏。对输差的判断则是在标体的基础上进行换算后进行平均值对比分析。压力判断模块：当输差判断出有泄漏时，软件马上进行压力的分析，软件中对泄漏、提压、降压以及油库内各来油管线的相互影响时的压力变化趋势进行了统计，加入了程序数据库，通过对输差有问题时前后时段的现场压力数据的小波分析确定其实际的趋势，以此进行对比，判断是否为泄漏。这样通过对输差、流量、压力的综合分析来确保系统报警的准确性，如果不符合条件则忽略，如果符合泄漏条件，则对压力的毫秒数据精确分析，找到泄漏点。智能辨识模块：系统引入神经网络智能算法，对于由于工况引起的各种工况进行判断，确定管线处于的运行状态，大大降低了系统的误报情况。仪表参数设置模块：新系统对于老系统的参数设置较为繁琐的问题进行整改，参数设置直接可以在上位机进行修改，操作极为方便。流量计修正系数和温度偏差模块：在泄漏定位系统中引入不同排量下的流量计系数，或采取分段选择系数计算或采取内差计算，实现对流量计量的微调，保证系统流量的精确。系统针对温度有偏移的情况进行了处理，可以设置相应的修正参数。管线误报检测模块部分管线泄漏方位确定模块流量选择功能模块，根据流量计发信器调整和现场流量计更换等问题，可以在上位机软件直接修改脉冲当量。当现场接线发生变化时，只需相应的修改上位机响应的管线参数即可。软件保护模块，保护软件、对数据加密处理，一套软件配置一套加密狗，使软件数据只在本条监控软件那有效。数据库备份清理模块。针对数据库过大的问题，新版的软件增加了数据库备份清理模块，软件运行时会启动数据库清理进程，在每个月的一号，将对数据库执行备份清理。其他辅助模块。

3、 系统主要功能

服务器对所有管线数据及现场其它工艺数据集中实时显示，可以通过曲线和数据两种方式分别完成。对新老系统进行可靠融合，可以集中在同一画面中显示以上数据。对于每条管线，服务器单独显示其数据、曲线，可以人为手动切换需要显示的管线画面，也可以设置程序按照一定时间间隔交替显示每条管线数据，当某条管线有报警时，系统自动切换到该条曲线的画面。客户端可以对本地管线和站点数据进行实时显示，并具有服务器端的所有功能。服务器可以迅速对管线泄漏与盗油事故进行报警并精确定位，准确计算泄漏或盗油的漏失量，形成报警记录列表。同时报警信息可以在该管线的客户端机器中显示出来。对管线输油量进行实时标体转换计算，并按照一个小时进行标体流量盘库，可以生成小时、班、日、月、年盘库报表。对管线实时监控，防止管线超压、低温等危险情况发生，达到防凝目的，提高了安全生产能力。大型数据库可以使数据永久存储，便于日后查询分析。对站点内其它流程，如加热炉、外输泵、罐区、电机等设备运行参数可以接入该系统，并以流程图和数据的方式进行显示，同时可以根据用户的要求生成生产报表。如果用户需要每站配置两块压力变送器，依据此方法减少误报，我们可以在软件中加入此判断条件，但是由于压力波传播速度太快，压力变送器距离太近的话，达不到很好的效果，建议不用此方法。系统运行可靠，性能稳定，界面友好，操作方便。系统声光报警，电子地图显示报警的具体信息和报警点的具体位置。服务器系统留有对外通讯接口，可以将所有数据和其它系统共享，同时如果需要，我们可以配套提供服务器的WWW发布功能，即所有数据和信息进行网络发布，用户可以根据权限不同在局域网上浏览到相应数据。该系统支持最大到六级操作员级别以允许从操作人员、系统维护人员到企业设备经理对系统不同权限的操作。每个操作员都被授予一个口令和相应的档案，该档案应包括：操作员级别（1-6）操作员标志独一无二的口令。操作员执行的任何操作都将根据其标志记录在事件数据库中。根据操作员的不同控制级别，该操作员可以对相应的点实施控制操作。

4、 防盗系统主要技术指标

定位精度：±300米反应速度：在泄漏发生以后的1.5倍管道长度秒内，系统可以报警并定位最小漏失量：系统可分辨的最小泄漏量为30L/分报警准确率：90%以上漏失量计算误差：±5%盘库计量误差：±0.5%

5、 部分应用案例

序号	管线名	起始站一	起始站二	终止站	距离（KM）	备注
1	河东线	首站	陈庄	集贤	31
2	义首线	义和		首站	15.5
3	丁义线	丁王		义和	29.64
4	孤东线	一号联		孤岛首站	25.9
5	中原二厂线	濮三联		柳屯油库	15.77
6	中原三厂线	明一联		柳屯油库	15.6
7	大丁线	大北		丁王	9.375
8	渤首线	渤三站		首站	9.2
9	埕首线	埕东线		首站	21.3
10	永一辛三线	永一站		辛三站	9.5
11	油库计量站	原油库		计量站	7.9
12	飞埕线	飞雁滩站		埕东站	13
13	首阀线	首站		阀组站	20.9
14	阀集线	阀组站		集贤站	10.375
15	陈阀线	陈庄		阀组站	7.3
16	阀陈线	阀组站		陈庄	7.3

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