[0002] 隨著社會(huì)的進(jìn)步與國(guó)家油氣工業(yè)的發(fā)展，埋地油氣管道所承載的油氣運(yùn)輸任務(wù)越來(lái)越重要，運(yùn)輸量越來(lái)越多，管道鋪設(shè)的規(guī)模也越來(lái)越大并且越來(lái)越復(fù)雜。油氣長(zhǎng)輸管道的鋪設(shè)地區(qū)大多偏遠(yuǎn)，而陰極保護(hù)對(duì)管道的保護(hù)至關(guān)重要，所以日常的人工巡線、電位采集、設(shè)備檢修等工作必不可少，這些工作耗費(fèi)了大量的人
力、物力和時(shí)間，并且：
[0003] (1)人工監(jiān)測(cè)電位并通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)電位來(lái)對(duì)管道進(jìn)行保護(hù)，沒(méi)有考慮
溫度、
土壤環(huán)境等時(shí)變因素對(duì)管道的動(dòng)態(tài)干擾；
[0005] (3)整個(gè)過(guò)程人工監(jiān)測(cè)、調(diào)整，難免因?yàn)槿藛T監(jiān)測(cè)采集技術(shù)差異造成數(shù)據(jù)不精準(zhǔn)，影響保護(hù)效果。
[0006] 為解決上述問(wèn)題，有些企業(yè)開(kāi)發(fā)了埋地油氣管道陰極保護(hù)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。然而，這種自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)在實(shí)際使用中存在以下一些問(wèn)題：
[0009] (3)電位的調(diào)節(jié)采用傳統(tǒng)的手動(dòng)調(diào)節(jié)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化調(diào)整電位；
[0010] (4)此類系統(tǒng)仍為小范圍監(jiān)控系統(tǒng)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)大區(qū)域管網(wǎng)陰極保護(hù)的監(jiān)控。
[0014] 前述數(shù)據(jù)采集模塊包括：微
控制器、
定位編碼的測(cè)試樁和多個(gè)埋設(shè)在長(zhǎng)輸管道沿線測(cè)試樁處的外圍
傳感器，定位編碼的測(cè)試樁和外圍傳感器均通過(guò)串口通信與
微控制器連接；
[0019] 前述的基于DTU通信的埋地油氣管道陰極保護(hù)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，前述微控制器通過(guò)RS485總線與DTU通信模塊連接。
[0020] 前述的基于DTU通信的埋地油氣管道陰極保護(hù)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，前述DTU通信模塊由通信處理器和無(wú)線模塊構(gòu)成，其中，通信處理器用于將微控制器上傳的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成TCP/IP數(shù)據(jù)包以及將遠(yuǎn)程監(jiān)控終端發(fā)出的控制指令轉(zhuǎn)換成串口數(shù)據(jù)，無(wú)線模塊用于將TCP/IP數(shù)據(jù)包通過(guò)公用運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)傳送至數(shù)據(jù)中心以及通過(guò)公用運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)接收遠(yuǎn)程監(jiān)控終端發(fā)出的控制指令，整個(gè)DTU通信模塊以嵌入式實(shí)時(shí)
操作系統(tǒng)為
軟件支撐平臺(tái)，提供RS485
接口，事先配置參數(shù)配置，并且將配置好的參數(shù)保存在內(nèi)部的FLASH
存儲(chǔ)器內(nèi)，DTU通信模塊向數(shù)據(jù)中心發(fā)起TCP/UDP通信
請(qǐng)求，在得到數(shù)據(jù)中心的響應(yīng)后進(jìn)行數(shù)據(jù)雙向通信，并保持這個(gè)通信連接一直存在，如果通信連接中斷，則啟動(dòng)心跳包功能，心跳包功能用于保證DTU通信模塊立即重新與數(shù)據(jù)中心連接。
[0021] 前述的基于DTU通信的埋地油氣管道陰極保護(hù)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，前述數(shù)據(jù)中心由固定IP地址的
服務(wù)器和
數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)成，數(shù)據(jù)中心用于對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的通信數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和數(shù)據(jù)分析。
[0022] 前述的基于DTU通信的埋地油氣管道陰極保護(hù)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，前述遠(yuǎn)程監(jiān)控終端由嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和GIS系統(tǒng)構(gòu)成，整個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)控終端將MapX控件集成到組態(tài)軟件，通過(guò)
修改控件屬性、調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)測(cè)試樁
位置可視化、電位異?？梢暬?/div>
[0023] 前述的基于DTU通信的埋地油氣管道陰極保護(hù)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，前述嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是遠(yuǎn)程監(jiān)控終端實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)控與發(fā)送指令的管理平臺(tái)，也是數(shù)據(jù)中心的
訪問(wèn)入口，采用賬號(hào)密碼登錄，各管線陰極保護(hù)
站點(diǎn)采用獨(dú)立賬號(hào)，分段監(jiān)控保護(hù)，并且針對(duì)不同權(quán)限的用戶，對(duì)訪問(wèn)配置訪問(wèn)權(quán)限。
[0024] 前述的基于DTU通信的埋地油氣管道陰極保護(hù)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，前述GIS系統(tǒng)在定位編碼的測(cè)試樁以及操作軟件的支持下，將各測(cè)試樁的地理分布
數(shù)據(jù)可視化呈現(xiàn)，第一時(shí)間方便監(jiān)控人員明確需要調(diào)整電位或發(fā)生保護(hù)異常的管道位置。
[0025] 本發(fā)明的有益之處在于：
[0026] (1)以DTU通信模塊代替?zhèn)鹘y(tǒng)的復(fù)雜的走線數(shù)據(jù)傳輸，故監(jiān)控系統(tǒng)不再受距離限制，所以可以實(shí)時(shí)的、遠(yuǎn)距離的傳輸
信號(hào)，實(shí)現(xiàn)大范圍的實(shí)時(shí)監(jiān)控；
[0027] (2)數(shù)據(jù)采集模塊以微控制器為核心，外圍傳感器實(shí)施采集，所以能夠高
精度的采集埋地油氣管道各處電位和pH值，并且微控制器還創(chuàng)造了接收數(shù)據(jù)和發(fā)送指令的條件；
[0028] (3)恒電位儀在
微處理器的控制下實(shí)施保護(hù)電位調(diào)整，能夠有效的實(shí)時(shí)校正電位，極大程度地提高對(duì)埋地油氣管道的陰極保護(hù)效率；
[0029] (4)增設(shè)數(shù)據(jù)中心，并且數(shù)據(jù)中心具有數(shù)據(jù)備份功能，不再需要人工導(dǎo)入通信數(shù)據(jù)，大大減少了工作量。
附圖說(shuō)明
[0030] 圖1是現(xiàn)有的埋地油氣管道陰極保護(hù)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的組成示意圖；
[0031] 圖2是本發(fā)明提供的基于DTU通信的埋地油氣管道陰極保護(hù)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的組成示意圖；
[0032] 圖3是圖2中的數(shù)據(jù)采集模塊的組成示意圖；
[0033] 圖4是圖2中的DTU通信模塊的數(shù)據(jù)傳輸圖；
[0034] 圖5是圖2中的數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行
流程圖。
具體實(shí)施方式
[0035] 以下結(jié)合附圖和具體
實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作具體的介紹。
[0036] 參照?qǐng)D2，本發(fā)明提供的埋地油氣管道陰極保護(hù)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，基于DTU通信實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，該遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)包括：恒電位儀、數(shù)據(jù)采集模塊、DTU通信模塊、數(shù)據(jù)中心和遠(yuǎn)程監(jiān)控終端。
[0037] 1、數(shù)據(jù)采集模塊
[0038] 數(shù)據(jù)采集模塊包括：微控制器、定位編碼的測(cè)試樁和多個(gè)埋設(shè)在長(zhǎng)輸管道沿線測(cè)試樁處的外圍傳感器，定位編碼的測(cè)試樁和外圍傳感器均通過(guò)串口通信與微控制器連接，同時(shí)定位編碼的測(cè)試樁還可以在人為例行檢修時(shí)實(shí)現(xiàn)人工檢測(cè)電位。
[0039] 微控制器主要是用來(lái)實(shí)現(xiàn)DTU通信模塊與管道之間以及DTU通信模塊與恒電位儀之間的信息交換的，微控制器通過(guò)串口通信分別與DTU通信模塊和恒電位儀連接。
[0040] 定位編碼的測(cè)試樁能夠提供其所在的測(cè)試樁的地理位置信息(即測(cè)試樁定位碼)，定位編碼的測(cè)試樁通過(guò)串口通信與微控制器連接。
[0041] 參照?qǐng)D3，外圍傳感器包括：土壤溫度傳感器、土壤濕度傳感器、土壤pH傳感器和管道電位傳感器，各路傳感器通過(guò)串口通信與微控制器連接。
[0042] 2、恒電位儀
[0043] 恒電位儀埋設(shè)在管道各通電點(diǎn)處，通過(guò)串口通信與微控制器連接，其安裝數(shù)量與微控制器的數(shù)量保持一致。
[0044] 恒電位儀通過(guò)比較取樣信號(hào)和
控制信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)控制并調(diào)節(jié)電壓輸出，使通電電位得以保持在設(shè)定的控制電位上。
[0045] 3、DTU通信模塊
[0046] DTU通信模塊通過(guò)串口通信與微控制器連接，通過(guò)無(wú)線通信與數(shù)據(jù)中心連接。
[0047] DTU通信模塊由通信處理器和無(wú)線模塊構(gòu)成，其中，通信處理器用于將微控制器上傳的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成TCP/IP數(shù)據(jù)包以及將遠(yuǎn)程監(jiān)控終端發(fā)出的控制指令轉(zhuǎn)換成串口數(shù)據(jù)，無(wú)線模塊用于將TCP/IP數(shù)據(jù)包通過(guò)公用運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)傳送至數(shù)據(jù)中心以及通過(guò)公用運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)接收遠(yuǎn)程監(jiān)控終端發(fā)出的控制指令。
[0048] 整個(gè)DTU通信模塊以嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)為軟件支撐平臺(tái)。DTU通信模塊提供RS485接口，可直接連接串口設(shè)備。DTU通信模塊必須事先配置參數(shù)配置，并且將配置好的參數(shù)保存在內(nèi)部的FLASH存儲(chǔ)器內(nèi)。DTU通信模塊預(yù)先知道數(shù)據(jù)中心的IP地址，能夠利用公用運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)為監(jiān)控人員提供無(wú)線長(zhǎng)距離陰極保護(hù)數(shù)據(jù)傳輸。DTU通信模塊采用高性能的端口號(hào)，向數(shù)據(jù)中心發(fā)起TCP/UDP通信請(qǐng)求，在得到數(shù)據(jù)中心的響應(yīng)后，DTU通信模塊即認(rèn)為與數(shù)據(jù)中心連接成功，就可以與數(shù)據(jù)中心進(jìn)行數(shù)據(jù)雙向通信了，然后就保持這個(gè)通信連接一直存在，如果通信連接中斷，則啟動(dòng)心跳包功能，心跳包功能將保證DTU通信模塊立即重新與數(shù)據(jù)中心連接。
[0049] DTU通信模塊的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程如圖4所示。DTU通信模塊將RS485串口上的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成TCP/IP數(shù)據(jù)包，然后通過(guò)公用運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)傳送至數(shù)據(jù)中心，這個(gè)過(guò)程不需要改變?cè)械臄?shù)據(jù)通信內(nèi)容。DTU通信模塊通過(guò)數(shù)據(jù)中心與遠(yuǎn)程監(jiān)控終端形成信息交互。
[0050] 4、數(shù)據(jù)中心
[0051] 數(shù)據(jù)中心由固定IP地址的服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)成，數(shù)據(jù)中心用于對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的通信數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存(把需要保存的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存到數(shù)據(jù)庫(kù)中)和數(shù)據(jù)分析。
[0052] 數(shù)據(jù)中心將得到的數(shù)據(jù)結(jié)果和測(cè)試樁定位碼一起通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到遠(yuǎn)程監(jiān)控終端，與遠(yuǎn)程監(jiān)控終端實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，遠(yuǎn)程監(jiān)控終端也可以依據(jù)需求對(duì)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)中心的相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)用。
[0053] 數(shù)據(jù)庫(kù)的開(kāi)發(fā)平臺(tái)采用SQLServer。此關(guān)系型
數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)具有使用方便、可伸縮性好、相關(guān)軟件集成程度高、安全性好等優(yōu)點(diǎn)。此數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用，對(duì)于管理陰極保護(hù)裝置運(yùn)行狀態(tài)和性能的數(shù)據(jù)起到關(guān)鍵的作用。同時(shí)，為存放管線信息和參比電位歷史記錄數(shù)據(jù)，需建立完善的數(shù)據(jù)庫(kù)，遠(yuǎn)程監(jiān)控終端與各站點(diǎn)站控系統(tǒng)都需要陰極保護(hù)數(shù)據(jù)的歷史記錄進(jìn)行分析與決策，此共享化數(shù)據(jù)可以通過(guò)建立數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)。另外，整個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行也會(huì)產(chǎn)生重復(fù)的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量龐大，合理的設(shè)計(jì)可以有效的減少數(shù)據(jù)
冗余度以優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng)的性能。
[0054] 數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行流程如圖5所示。此處，管道數(shù)據(jù)包括：實(shí)時(shí)土壤溫度、實(shí)時(shí)土壤濕度、實(shí)時(shí)土壤pH值、實(shí)時(shí)管道參比電位以及遠(yuǎn)程監(jiān)控終端反饋回來(lái)的控制電位信息。數(shù)據(jù)中心收到管道數(shù)據(jù)后，將管道數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，然后分別將可用的實(shí)時(shí)土壤溫度、實(shí)時(shí)土壤濕度、實(shí)時(shí)土壤pH值、實(shí)時(shí)管道參比電位由遠(yuǎn)程監(jiān)控終端顯示，將必要的數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存，遠(yuǎn)程監(jiān)控工作人員根據(jù)管道環(huán)境變化情況判斷是否需要調(diào)整管道給定電位值，并由數(shù)據(jù)中心反饋至DTU通信模塊，由微控制器接收并控制恒電位儀輸出有效保護(hù)電壓，
調(diào)節(jié)管道電位至有效保護(hù)電位范圍，即：-0.85V～-1.2V。
[0055] 5、遠(yuǎn)程監(jiān)控終端
[0056] 遠(yuǎn)程監(jiān)控終端由嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和GIS系統(tǒng)構(gòu)成。
[0057] 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是監(jiān)控終端實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)控與發(fā)送指令的管理平臺(tái)，也是數(shù)據(jù)中心的訪問(wèn)入口，采用賬號(hào)密碼登錄，各管線陰極保護(hù)站點(diǎn)采用獨(dú)立賬號(hào)，分段監(jiān)控保護(hù)，并且針對(duì)不同權(quán)限的用戶，對(duì)訪問(wèn)配置訪問(wèn)權(quán)限。
[0058] GIS系統(tǒng)在定位編碼的測(cè)試樁以及操作軟件的支持下，將各測(cè)試樁的地理分布數(shù)據(jù)可視化呈現(xiàn)，第一時(shí)間方便監(jiān)控人員明確需要調(diào)整電位或發(fā)生保護(hù)異常的管道位置。
[0059] 整個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)控終端將MapX控件集成到組態(tài)軟件，通過(guò)修改控件屬性、調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)測(cè)試樁位置可視化、電位異常可視化。
[0060] 本發(fā)明提供的基于DTU通信的埋地油氣管道陰極保護(hù)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是一個(gè)分布式監(jiān)控系統(tǒng)，其可以實(shí)時(shí)采集各管線測(cè)試樁處的土壤溫度、土壤濕度、土壤pH值以及埋地油氣管道的參比電位，然后利用運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸與反饋。該遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的工作過(guò)程如下：
[0061] 埋設(shè)在長(zhǎng)輸管道沿線測(cè)試樁處的外圍傳感器檢測(cè)埋地油氣管道所在位置的土壤環(huán)境(例如：土壤溫度、土壤濕度、土壤pH值)，微控制器通過(guò)串口通信將外圍傳感器采集到的數(shù)據(jù)信息傳輸給DTU通信模塊，DTU通信模塊通過(guò)無(wú)線傳輸將通信數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心對(duì)通信數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析并將得到的數(shù)據(jù)結(jié)果發(fā)送到遠(yuǎn)程監(jiān)控終端，同時(shí)把需要保存的通信數(shù)據(jù)儲(chǔ)存到數(shù)據(jù)庫(kù)中，遠(yuǎn)程監(jiān)控終端通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行再次的處理分析，發(fā)出相應(yīng)的控制指令，控制指令通過(guò)無(wú)線傳輸至各陰極保護(hù)站內(nèi)的DTU通信模塊，DTU通信模塊將接收到的控制指令數(shù)據(jù)發(fā)送至微控制器，微控制器控制恒電位儀輸出合適的電壓以調(diào)節(jié)參比電位。
[0062] 可見(jiàn)，埋地油氣管道、數(shù)據(jù)采集模塊、遠(yuǎn)程監(jiān)控終端和恒電位儀構(gòu)成了一個(gè)閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
[0063] 整個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)支持多用戶使用，嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)中心的訪問(wèn)入口，不同權(quán)限的用戶，對(duì)訪問(wèn)進(jìn)行配置訪問(wèn)權(quán)限，賬號(hào)密碼登錄，各管線陰極保護(hù)站點(diǎn)采用獨(dú)立賬號(hào)，分段監(jiān)控保護(hù)，在分布式監(jiān)控的
基礎(chǔ)上更具靈活性。
[0064] 經(jīng)實(shí)際使用測(cè)試，本發(fā)明提供的基于DTU通信的埋地油氣管道陰極保護(hù)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)效性高、使用方便、使用壽命長(zhǎng)、安全可靠、數(shù)據(jù)分類清楚且數(shù)據(jù)安全、方便實(shí)現(xiàn)陰極保護(hù)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸和集中處理，有效提高了埋地油氣管道的防腐能力。
[0065] 隨著5G時(shí)代的來(lái)臨，也就是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的來(lái)臨，基于運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)的通信方式必定會(huì)成為未來(lái)工業(yè)通信的關(guān)鍵。
[0066] 需要說(shuō)明的是，上述實(shí)施例不以任何形式限制本發(fā)明，凡采用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
