基于scada系统的燃气管道泄漏监测系统模型设计.pdf

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1、2 0 0 9年 第 4期 管 技 木 Pi p e l i n e Te c h ni q u e 设 各 Eq ui p me nt 2 0 0 9 No 4 基 于 S C A DA系统 的燃气 管道泄漏监测 系统模型设计 石红艳 ， 余福林 ， 张鹏 ， 彭星煜 ， 王志彬 ， 薛旭艳 ( 1 西南石油大学， 四川成都6 1 0 5 0 0 ； 2 四川德阳联益勘探开发有限责任公司， 四川德阳6 1 8 0 0 0 ) 摘要： 单一的燃气管道泄漏检 测系统不经济 ， S C A D A系统不仅能为泄漏检测提供数据 源， 而且能监 控管道运行状况。因此， 将检测 系统集成到 S C A

2、D A系统 中， 不但能充分利用 S C A D A 系统的功能， 而且 也是 管道 自动化发展方向。介绍了城 市燃 气管道现有的监测技术和发展 方向、 输 气管道检漏方法、 管 道泄漏监测技术的研究方法； 设计 了城 市燃气管道 温度、 压力、 流量的数据采集方案 、 原理 、 模型和采集 的程序流程 ； 给 出了在 V B中使 用 MS C o mm控件进行 串口通信 以及 实现 P C机 对下位机的数据采集的 方法； 给 出了用 V B进行油气管道数据采集的编程步骤和部分界 面。 关键词 ： 城 市燃气管道 ； 泄漏监测 ； 数据采集；V i s u a l B a s i c ； MS

3、 C o mm控件 中图分类号 ： T E 9 7 3 6 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 4 9 6 1 4 ( 2 0 0 9 ) 0 4 0 0 2 5 0 4 De s i g n o n M o n i t o r S y s t e m f o r Ci t y Ga s Pi p e Le a k a g e Ba s e d o n SCADA S y s t e m S HI Ho n g y a n ， YU Fu 1 i n ， ZHANG Pe n g ， PENG Xi n g y u ， W ANG Z hi b i n ， XUE Xu y a n

4、( 1 S o u t h w e s t P e t r o l e u m U n i v e r s i t y ， C h e n g d u 6 1 0 5 0 0 ， C h i n a ； 2 S i c h u a n D e y a n g L i a n y i P e t r o l e u m & N a t u r a l G a s E x p l o r a t i o n a n d E x p l o i t a t i o n C o ， L t d ， De y a n g 6 1 8 0 0 0 ， C h i n a ) Ab s t r a c t

5、： The s o l e de t e c t i o n s y s t e m f o r c i t y g a s p i pe l e a k a g e i s u n e c o n o mi c a l ，bu t i f t h e f ue l g a s p i p e l i n e l e a k a g e e x a mi n a t i o n s y s t e m i s c o mb i n e d wi t h t h e s u p e r v i s o r y c o n t r o l a n d d a t a a c q u i s i t

6、 i o n ，t h e S CAD A s y s t e m n o t o n l y c a n p r o v i d e t h e d a t a o ri g i n f or t h e l e a k a g e e x a mi na t i o n，b ut a l s o c a n mo n i t o r t he o pe r a t i o n o f p i pe l i n e So i f t h e d e t e c t i o n s y s t e m i s i n t e g r a t e d i n t o t h e S CA DA

7、s y s t e m ， t h e f u n c t i o n o f t h e l a t t e r c a n b e f u l l y r e a l i z e d for a p e rf e c t u n i o n Mo r e o v e r ，t h i s i s a l s o t h e d i r e c t i o n i n w h i c h p i p e l i n e a u t o ma t i o n wi l l d e v e l o p T h i s p a p e r a l s o i n t r o d u c e s t

8、 h e p r e s e n t t e c h n o l o g y a n d d e v e l o p me n t t r e n d o f t h e c i t y f u e l g a s p i p e l i n e mo n i t o r ，t h e g a s l i n e l e a k d e t e c t i o n me t h o d a n d t h e r e s e a r c h me t h o d o f p i p e l i n e l e a k a g e mo n i t o r t e c h n o l o gy

9、I n t h i s wo r k i s a d e s i g n e d p l a n for a c q u i s i t i o n o f d a t a a b o u t t h e t e mp e r a t u r e ，p r e s s u r e a n d f l o w r a t e o f t h e c i t y f u e l g a s p i p e l i n e a n d a l s o a d e s c r i p t i o n o f t h e d a t a a c q u i s i t i o n p r o c e d

10、 u r e flo wI t i n t r o du c e s i n VB6 0 h o w t o u s e MS Co mm t o c o n t r o l ，t h e s e ria l po r t c o r r e s po nd e n c e a n d r e a l i z e t h e d a t a a c q u i s i t i o n b y t h e PC ma c h i n e f r o m t h e l o w e r ma c h i n e At t h e s a me t i me ，i t a l s o p r e s

11、 e n t s t h e p r o g r a mmi n g p r o c e d u r e a n d t h e p a r t i a l c o n t a c t s u rf a c e b y u s i n g VB 6 0 t o g a t h e r d a t a a b o u t t h e g a s p i p e l i n e Ke y wo r d s ： c i t y f u e l g a s p i p e l i n e ；d i v u l g i n g mo n i t o r ； d a t a a c q u i s i t

12、 i o n； v i s u a l B a s i c ；MS C o mm c o n t r o l s 1 城市燃气管道泄漏检测方法 根据管道泄漏检测原理 ， 现有 的泄漏检测方法可 以分为直接检测法和以检测因泄漏而引起的流量 、 压 力、 声音等物理参数发生变化的 间接检测法 ， 对 于不 同的工作环境 和对 象， 应 用时要 考虑各 种方 法 的特 点， 要选择合适的检漏方法。 1 1 直接检测方法 根据检测方式的不 同， 目前常见的直接检测方法 有以下几种 ： 人工巡检法 ； 气体法 ； 管 内智能爬 机检测 法 ； 红外线成像法 ； 分布式光纤检漏法 ； 示踪物 管道漏 法

13、； 元件法。 1 2间接检 测方 法 收稿 日期 ： 2 0 0 80 7 0 7 收修改稿 日期 ： 2 0 0 9 0 3 0 2 间接检测法 主要根 据管 道泄 漏造成 的流 量、 压 力 、 声音等物理参数变化来检测管道泄漏 与否 ， 并通 过计算来定 位泄漏位置 ， 主要有以下几种 ： 基于信号 处理 的方法 ； 基于模 型的方法； 基 于知识的方法 ； 对管 道涂层 、 腐蚀 、 缺陷等检测 的辅助检漏法 ； 水力坡 降线 法 。 1 3计算机监测系统 对于采用监控与数据采集 ( S C A D A) 系统的油气 管道 ， 安装实时模 型( R T M) 的软件系统可检测管道泄 漏

14、、 确定 泄漏位置及泄漏量 ， 该模 型精确地模拟管道 中流体 的流动状况。泄漏检测与定位均利用 S C A D A 系统设置的站控系统 和远程 终端装 置 ( R T U) 检测的 温度 、 压力 、 流量数据与管道进 口的流体物性参数， 以 2 6 P i p e l i n e T e c h n i q u e a n d Eq u i p me n t J u 1 2 0 0 9 及管道进 出口的流量。根据泄漏引起 的压降变化来 判断泄漏与确定 泄漏位置。泄漏量的大小 可由诊断 流量确定， 泄漏位置可根据诊断流量来计算并在压力 或诊断流量分布图上显示出来 。 2 城市燃气管道泄漏检测

15、新技术 ( 1 ) 美国开发 了一种手持式检测器 R ML D， 它采 用可调谐二极管激光吸收频谱技术 ， 可以检测 3 0 I n范 围内的甲烷泄漏。 ( 2 ) 基于 F r I R的扫描成像光谱测定法是一种远 程检测和成像的燃 气检测新方法 j 。使用燃 气摄像 机， 通过对燃气浓度团的叠加 ， 对 甲烷的泄漏源进行 定位。 ( 3 ) 新一代的智能清管器通过安装旁通装置来 调 节智能清管器的移动速度 ， 使得管内检测法使用时不 必改变气体的流动状况 j 。 ( 4 ) 电压梯度测试技术 D C V G和密问隔测试技术 C I P S相结合的检测方法 ， 该方法适用于各种技术特性 的燃气

16、管道 J 。 ( 5 ) 日本 T o h o燃气公 司开发 了一种便携式第三 方破坏远程监控系统 。 ， 实时地监测第三方对周围燃 气管道的损坏情况。 ( 6 ) 德 国学者 S i e b r e t H和 I s e r m a n n R提出将管道 首 、 末端的流量和压力信号经过处理后进行相关分析 的泄漏检测方法 。 ( 7 ) 荷兰壳牌公司的 Z h a n g X J 提 出了气体和液 体管道 的统计检漏法 。 ( 8 ) 美国的 M a r c o F e r r a n t e提出 了采用小波分析 的方法来检测泄漏 。 3 管道泄漏检测与定位 系统的性能指标 目前， 国际上对

17、管道泄漏检测与定位系统比较公 认的性能指标 J ， 归结起来可分为： 灵敏性 ； 定位精 度 ； 响应时间； 误报率 ； 评估 能力； 适应能力 ； 有效性 ； 维护要求 ； 费用。 4 基于 S C A DA系统的城市燃气管道泄漏监测系统 模型的建立 4 1 城市燃气管网数据采集的原理 数据采集的基本原理是 ： 温度 、 压力 、 流量等信号 通过传感器或变送器送到模拟输入信号模块， 通过该 模块把信号模拟转换为数字信号 ， 同时将信号传至控 制器进行处理。 4 2 数据采集程序软件的设计思想 首先 ， 根据特定的通讯规约实现 V B与 A D A M模 块之间通讯的成功 ， 根据 A D

18、A M模块的通信规约 ， 首 先须向 A D A M模块送命令# A A N， 在命令的结尾须加 上表示“ 回车” 的字符 ， 这样 A D A M模块才能接收到该 命令并返 回采集的数据 ， 由 V B中的 MS C o mm通讯控 件产生通讯事件来实现该过程。 4 3 数据采集方案概述 根据 A D A M模块的特点和其使 用的 A S C I I 命令 集 ， 采用查询式的监控方式。主计算机向 A D A M模块 下达采集数据命令 ， A D A M模块采集检测点数据 ， 按 规定 的格式发送给主机 ， 主机接收发来的数据 ， 并对 所有检测点数据进行综合判断 ， 根据 给定的数据判断

19、设备的工作情况 。在需要 的情况下可 向具有 输出通 道的 A D A M模块下达命令 ， 使输出通道置为高或低 电 平 ， 通过外 围的解码 电路或继 电器实现设备 的控制 ( 见图 1 ) ， 采集过程可用流程图简单表示出来。 下达数据采集命令 + A D A M模块采集 检 测点 并返 回 主计算机处理数据 判 断设 备状态 对输出模块下达 控 制命令 I 刷新监控画面 显示设备状态 图 1采集 方 粟 工 作 流 程 4 4数据采集程序设计流程 软件所做的工作就是接收数据 ， 利用 MS C o m m控 件来完成工作 ， 程序流程图如图2所示。 图 2程序流 程图 4 5 管道数据采

20、集模型分析 在采集系统中， 采集的模型是： 在相距 5 k m的燃 第 4期 石红艳等： 基 于 S C A D A系统的燃气管道泄漏监测 系统模型设计 2 7 气管道 的两 个采集 点之 间采 集数 据 ， 设较 近点 为 点 ， 较远点为 点。燃 气管道直径 5 0 mm； 管道压力 为中压 A 采集方案图如图 3所示。 图 3数据 采集程序 方案 4 6 监控系统硬件结构分析 A D A M一4 5 1 0 S是 R S一4 2 2 R S一4 8 5中继 器 ， 可 放大、 增强 R S一 4 8 5信号 ， 使信号的传输距离扩展 1 2 k m， 增强了网络扩展能力 ， 但不进行信号

21、转换。A D A M 一4 5 2 0是 R S一 2 3 2 R S一 4 8 5转换器 ， 系统结构如 图 4 所示 图 4监 控 系统 硬 件 结构 5 管道温度 、 压力 、 流量采集程序 在采集程序 中， 主要是利用 V B中的 M S C o m m控 件属性来实现对 串口的通信 ， 采集的模型是相距 5 k m 的燃气管道两点 A、 B的温度 、 压力和流量 3个参数 ， 利用 A D A M一4 0 1 9模块来 实现采集。当主机发 出采 集命令时， 通过与A D A M一 4 0 1 9 相连的传感器开始采 集 ， 然后将采集 到的 42 0 m A的电流信号转换为数 字信号

22、 ， 再传给 A D A M 一 4 0 1 9模块 ， 通过 4个 A D A M 一4 5 1 0 S进行信号延长 ( 因为每个 A D A M一4 5 1 0 S最 多只能传输 1 2 k m距 离 的信 号 ) ， 并 经过 A D A M 一 4 5 2 0模块( R S一2 3 2 R S一 4 8 5 ) 转换后传输给计算机 ， A D A M一 4 5 2 0本身也可 以传输一段距 离 ， 这样就能采 集到需要的数据 。 5 1 需要完成的程序 对主机的参数进行设置； 设置 MS C o m m控件的属 性 ； 通用变量 的声 明； 打开串 口的命令 ； 采集命令 ； 闭 串口

23、命令 ； 采集 A、 B两点时的地址转换命令 。 5 2 V i s u a l B a s i c编程步骤及部分界面设置 ( 1 ) 运行 V B， 并通过“ 工程 部件 ” 添加 MS C o m m 控件； ( 2 ) 选择“ Mi c r o s o ft C o m m C o n t r o l 6 0 ” ； ( 3 ) 在窗体 F o r m1上添加 MS C o m m控件 ； ( 4 ) 窗体上框架构件 、 文本框 、 命令按钮 、 标签 的 c a p t i o n设置如图5所示 ； 图 5采集 系统界面 ( 5 ) 在窗体 l o a d事件 中设 置 MS C o

24、m m控件 的属 性 ， 见 图6 。 图 6采集 系统程序 6实例 分析 某城市 燃 气管 道 相距 5 k m， 燃 气 管道 直 径 5 0 mm； 管道运行压力为中压 A， 为 了对燃气管道泄漏监 测系统进行实时监控 ， 编程采集两点之间流量 、 温度 、 压力数据 ， 设较近点为 A点 ， 较远点为 B点。 分析发现燃气管道流量 和流速变化较小 ， 而压力 损失比较大。根 据前 面 的模 型设计 ， 得 出 了采集 结 果。见图 7 。 7 结束语 在对城市燃气管道进行泄漏检测时， 一定要考虑 各种检漏方法的特点 ， 可将几种检漏方法结合使用 ， 建立一套实时检测系统 ， 使其进行连

25、续检测 ， 以取得 2 8 P i p e l i n e T e c h n i q u e a n d E q u i p me n t J u 1 2 0 0 9 图 7 采集 系统运行结果界。面图 较理想的检测效果 ， 这就需要提高检测设备 的阻抗干 扰能力 ， 同时需根据得出的数据 ， 定期对城市燃气管 道进行风险评估， 确定事故 的高发地段和高发时期 ， 确保城市燃气安全可靠地供应到用户， 从而建 成经济 可靠 的泄漏检测系统 。 运用数据采集模块 ， 能快速地采集燃气管道两点 间的管道运行数据 ， 从 而对管道进行不 问断地监测 ， 排除安全隐患 ， 减少管道事故 。 参考文 献

26、： 1 S C H WE N G L E R P G a s c a m e r a mo b i l e i m a g i n g s y s t e m f o r v i s u a l i s i n g me t h a n e p l u me s a t d i s t a nc e s b e t we e n 0 m a nd 1 00 m a nd mo r e I n t e ma t i on a 1 Ga s Un i o n 23一 Wo r l d Ga s C o nfe r e n c e A m s t e r d a m ( T h e N e t h

27、e r l a n d s ) ：I n t e r n a t i o n a l Ga s Un i o n，2 0 06： 8 9 991 5 2 C H A B U R K I N V F P r o v i d i n g r e l i a b i l i t y o f t r u n k g a s p i p e l i n e s o pe r a t i o n o n t h e ba s i s o f i n l i n e i n s p e c t i o n r e s u l t s I n t e r n a t i o n a l Ga s Uni o

28、n 2 3 W o r l d Ga s Co n f e r e nc e Ams t e r - d a m ( T h e N e t h e r a n d s ) ：I n t e r n a t i o n a l G a s U n i o n ，2 0 0 6 ： 7 527 63 3 T A B E R K O K T A C P D a t a ， C I P S D C V G t e c h n i q u e s ： a n o t h e r wa y t o pr e d i c t c o r r o s i o n o n g a s p i pe l i n

29、e I nt e rna t i o na l G a s U n i o n 2 3 Wo r l d G a s C o nfe r e n c e A m s t e r d a m ( T h e N e t h e r l a n d s ) ： I n t e r n a t i o n a l G a s U n i o n ， 2 0 0 6 ： 8 8 2 8 9 8 4 K I Y O S H I M D e v e l o p m e n t o f a p o r t a b l e r e m o t e m o n i t o r i n g s y s t e m

30、 for t h i r d p a rt y d a ma g e I n t e rna t i o n a l Ga s Un i o n 2 3 Wo r l d G a s C o n f e r e n c e A m s t e r d a m ( T h e N e t h e r l a n d s ) ： I n t e r n a t i o n a l Ga s Uni o n，2 0 06： 11 1 11 1 21 5 S I E B R E T H， I S E R M A N N R M e t h o d f o r t h e d e t e c t i o

31、 n a n d l o - c a l i z a t i o n o f s ma l l l e a k s i n g a s pi p e l i n e Co mp u t e r Ap p l i c a t i o n s i n S h i p p i n g and S h i p b u i l d i n g ， 1 9 8 0 ( 8 ) ： 3 5 5 3 6 0 6 Z H A N G X J S t a t i s t i c a l l e a k d e t e c t i o n i n g a s a n d l i q u i d p i p e l

32、i n e s P i p e l i n e s I n t e rna t i o n a l ， 1 9 9 3 ( 7 ) ： 2 6 2 9 7 F E R R A N T E M，B R U N O N E B P i p e s y s t e m d i a g n o s i s a n d l e a k d e t e c t i o n b y u n s t e a d y s t a t e t e s t s Ad v a n c e s i n W a t e r R e s o u r c e s ， 2 0 0 3 ( 6 ) ： 1 0 71 1 6 8

33、Z H A N G x J D e s i g n i n g a C o s t e f f e c t i v e a n d R e l i a b l e P i p e l i n e L e a k De t e c t i o n S y s t e mPi pe s Pi p e l i n e s I n t e r n a t i o n a l ， 1 99 7： 11 1 9 常景龙 ， 李铁 输气管道泄漏检测技术的选择和优化， 油 气储运 ， 2 0 0 0 ， 1 9 ( 5 ) ： 91 3 1 O 高福庆 管道检测 的必要性 管道技术与设备， 1 9 9 8 (

34、 1 ) ： 4 0 4 2 作者简介： 石红艳( 1 9 8 2 一) ， 硕士研究生， 主要从事油气管道腐 蚀 与防护方面 的研究。 ( 上接第 l 2页) 理能为管道公司和管道所有者带来 巨 大的经济效益和社会效益 。为了确保城市燃气管 网的安全运行和社会的稳定 ， 有必要对其进行完整性 管理 。文中给 出的城市燃 气管网完整性管理流程针 对国内城市燃气的发展实际， 具有一定的可行性。 参考文献： 1 曾静， 许俊城， 陈国华， 等 城市埋地燃气管道风险评估方 法 的适用性 煤气与热力 ， 2 0 0 7， 2 7 ( 5 ) ： 5 56 1 2 周卫 城市燃气管网安全评估系统的研发与

35、应用 城市燃 气， 2 0 0 6 ， 3 8 0 ( 1 0 ) ： 1 5 2 1 3 施明， 方顺银 G I S系统在燃气管网中的应用 上海煤气， 2 0 0 7 ( 3 ) ： 3 5 3 7 4 周德敏， 蔡守翔， 何仁洋， 等 管道完整性管理技术在城镇 燃气管线中的应用 管道技术与设备 ， 2 0 0 7 ( 6 ) ： 1 8 2 0 5 6 7 8 9 1 0 于培林， 姚安林， 刘晓艳， 等 利用故障树分析城市燃气管 网事故的诱因 内蒙古石油化工， 2 0 0 7 ( 8 ) ： 2 8 7 2 9 2 黄小美 ， 彭世尼， 李百战， 等 城市燃气管道系统失效的事 件树和故障

36、树相结合 重庆建筑大学学报， 2 0 0 6 ， 2 8 ( 6 ) ： 9 91 01 刘杨， 段常贵， 聂廷哲， 等 城市埋地燃气管网安全性模糊 综合评价 煤气与热力， 2 0 0 7 ， 2 7 ( 5 ) ： 1 21 4 张文艳， 姚安林， 李又绿， 等 埋地燃气管道风险程度的多层 次模糊评价方法 中国安全科学学报， 2 0 0 6 ， 1 6 ( 8 ) ： 3 2 3 6 G B 5 0 0 2 8 -2 0 0 6 城镇燃气设计规范 姚安林， 刘艳华， 李又绿， 等 国内外油气管道完整性管理 技术比对研究 石油工业技术监督， 2 0 0 8 ， 2 4 ( 3 ) ： 5 1 2 作者简介： 刘艳华( 1 9 8 2 一) ， 在读硕士， 主要从事城市燃气管道 及系统的完整性管理研究工作。