摘要:结合天津滨海燃气集团有限公司的实际,论述了燃气管网调控指挥系统(调度系统)的应用需求、功能(管网展示、信息查询、管道数字化)、系统配置、系统的先进性。
关键词:燃气管网调度;3D技术;边缘融合;调控指挥系统
Establishment of Regulation and Control Command System for Gas Pipe Network
Abstract:The application demand,functions (network display,information query and pipeline digitization),configuration and advanced nature of theregulation and control command system (scheduling system)for gas pipe network are described combined with the actual situation of Tianjin Binhai Gas Group Co. Ltd.
Key words:scheduling of gas pipe network;3D technology;edge fusion;regulation and control command system
1 概述
按照天津滨海新区政府通过的《整合滨海新区燃气经营企业实施方案》中确定的“以新组建的滨海燃气集团为主体,通过整合滨海新区燃气市场,实现规划、建设、管理一体化,提高天然气供气保障能力”的要求,天津市燃气集团于2010年9月出资组建了天津滨海燃气集团有限公司(以下简称滨海燃气集团)。
目前,滨海燃气集团在经营的20多个区域里已拥有燃气管网约1700km,阀门井5000座,调压计量设施300座,已建成门站6座,在建3座,形成从东、西、南、北四个方向向滨海新区供气。现在居民用户36×lO4户,工商业用户近1000户,2010年供气量达8×lO8m3。已相继建设完成保税区、临港经济区、海洋高新区、开发区西区、东疆保税港区、中新生态城、中心渔港等区域的燃气管网并通气点火,服务半径辐射滨海新区9个功能区。
滨海燃气集团管网依托多家原区域燃气企业,通过资源整合形成现有规模,站点分布面广、原有管网管理方式多样、管网运行监控分散。为满足滨海新区日益增长需求和整合统一发展的新形势,公司成立了调控指挥中心,整合各区域以及新建管道数据,借助先进的3D技术、数据统计分析工具、边缘融合技术,为管理人员提供更好的决策工具。
2 应用需求
2.1 资源整合下的数据整合
滨海燃气集团调控指挥中心(以下简称调控中心)成立前,本区域现有多家燃气企业,包括滨海燃气、塘沽煤气、东新燃气、滨海集输、滨海中油、泰华燃气、津海燃气等,有各自独立管辖的管网、厂站、销售网络以及调度系统。
滨海燃气集团调控指挥中心成立后,首要问题是整合各区域燃气公司的数据资源。将原来分散在各个公司调度系统内的数据整合到统一的数据库中,为整个滨海新区的管网监测、数据统计分析、虚拟模型提供数据支持。
2.2 按管道行政规划区域进行总体管理
滨海燃气集团目前管辖高压管道7条,共373km天然气干线,涉及功能区9个。调控中心在数据整合后,要能够按照从整体到细节、从地上到地下全方位监控管网运行状态。
系统要提供两个角度的监控:一是以输配管道为主的逐层监控,二是各管辖归属区域的逐级监控。
2.3 按业务活动进行管理
①实时监控
数据要保证实时性、稳定性、真实性。要能够通过平面流程、3D模拟工艺、曲线、报表等多种手段显示实时数据,对于超限数据、异常数据要能够予以及时报警。历史曲线和报表要保证数据的连贯性,同时要通过数据查询整合的优化,保证曲线和报表生成的速度及效率。
②信息查询
本系统要能够查询当前管网建设情况及规划、厂站位置分布、管网地理信息。通过3D技术、融合投影技术、多点触摸技术等新兴技术动态表现地下管道、重点穿越、厂站。
③图形终端与地理信息系统
系统图形终端与大屏幕投影显示设备连接,用于实时监控及演示,同时系统应具备与地理信息系统进行连接的必要条件,为管网运行过程中的抢修、维护提供便利条件。
3 调控指挥系统功能
3.1 全区管网展示与信息查询
①全区鸟瞰导航
依托整合后的数据资源,以滨海新区行政规划图为背景,设定全区鸟瞰导航,展现滨海新区全区域管网建设情况以及管道分布信息,见图1。
屏幕选择和系统界面设置充分考虑滨海新区区域地理特性,要充分利用屏幕,完整展现滨海新区的管网建设信息,并提供区域和管道查询功能,可以选择进入下一级界面了解具体信息。
②站点管理
按照全区鸟瞰掌握整个公司所辖管网建设规划情况,按照单条高压管道或单个功能区查看管道地理信息及区域管网信息,是系统对站点管理的需求。
对于站点属性,主要包括站区工艺、与干管的对接信息、工艺运行状态、运行数据等。本系统通过平面流程和3D工艺模型相结合的方式提供站点全方位监测,提供站点的数据日清单报表、月清单报表及年度清单报表,提供区域所有站点用气量的时、日、月、年曲线,提供站点用气量的历史曲线。
软件开发平台具有很强的自主开发能力,对于新建站点,能通过设备厂家提供的数据或图纸,真实显示现场设备,同时录入相关信息,来保证系统不断更新。
当工艺数据出现报警时,会根据报警的级别,工艺数据背景颜色发生变化,如正常状态为绿色,中级报警为黄色,最高级报警为红色。通过工艺数据背景颜色的变化,配合声光语音报警,调度人员更能快速准确地发现问题,及时解决。
按现场实际情况建设的3D管道模型(见图2),在很多应用场景下可以发挥作用。例如在抢修应用场景中,在指挥中心的负责抢修指挥的技术人员,通过技术资料来进行抢修指挥。以前在与现场抢修人员的沟通过程中,难以把技术资料上的单元与现场人员进行准确的沟通,而通过使用3D模型,指挥人员如同身临其境地指挥,为现场抢修提供了有力的支持,快速有效的沟通将为抢修争取宝贵的时间。
3.2 数字化管道
界面左边设置了全景图,剩余部分为滨海新区详细地图,图上标有管道走向,通过移动导航条(图中红色区域)来选择显示滨海新区的详细地图。
对于单条高压管道,能够看到该管道的准确路径、沿途的经济区域分布、沿线标识球里程碑等标识点的地理信息、阀室和厂站的位置及工艺、管道穿越的位置和剖面示意图,以及管道运行数据和状态。
同时能够通过报表、曲线对管道输气、区域销气进行数据分析,并结合数据分析结果提出相应预案。
管道核心工艺图的主要表现形式是按照厂站分布和管道走向,将厂站工艺和管道走向相结合。从该图上,可以看到单条高压管道的完整平面工艺,包括厂站内的工艺,同时可以看到整条管道运行压力曲线(见图4)、厂站工艺运行状态显示。
由于管道地理信息数据属性多,重要性高,是管道运行和建设追溯的重要依据,也是管网管理的重中之重。数据属性包括管道桩点编号、埋深、管段长度、材质、所处位置、埋设年份、防腐级别、坐标、高程等。传统的管道地理信息为平面和列表形式,不能够准确展示管道地下情况,而新兴的3D显示技术,则更适合表现管道的地下信息和工艺。
调控系统建设时,充分考虑了113km高压管道的复杂性,采用了3D技术,将整条管道和管网地理信息结合,动态展示管道在地下的属性数据,以及管道在重要节点穿越的位置、深度、穿越方式。结合多点触摸技术,可以通过触摸展示屏多点触摸旋转、查看细节数据,形象准确展现管道的地理信息。
通过点击“地下管道”,地面会“下降”,将地下管道显示出来,通过地面下降可以清楚地看到管道的位置,周边的建筑情况(见图5)。
同时,因113km高压管道线路长、跨度广,为更便捷定位,系统提供多种形式的查询手段辅助定位,可以通过粧号查询、厂站查询、重点区域查询、道路查询等多种形式快速定位。
天津海河彩虹大桥天然气管道穿越工程是天津滨海地区天然气输气干线二期工程中最重要的难点之一,穿越位置位于天津塘沽区北塘口彩虹大桥上游,入土点在三叉河南岸,出土点在三叉河北岸。外径为610mm穿越长度为1672m的高压天然气管道,是当时世界最长的穿越管道。其定向穿越管底标高(以新港深度做基准面)为-12m,设计压力为2.5MPa。该穿越工程重要性极高,它计划连接咸 水沽至北塘一期高压天然气输气干线,穿越彩虹大桥后,连接由北塘起沿海防路向北,沿汉沽区汉北路、芦汉路至宁河芦台镇的二期高压天然气输气干线,基本辐射滨海新区全境。
虽然地理信息系统上没有彩虹桥,但由于软件开发平台具有很强的自主开发能力,因此为了真实反映现场的情况,对现场周边重要建构筑物进行独立建模(见图5)。图5中的彩虹大桥就是技术人员利用软件独立建模形成的。
通过3D技术,结合穿越的竣工资料和实测数据,将3D模型和穿越管道有机结合,全方位表现管道在穿越处地下深度、材质、接头等属性信息,以及管道和穿越河流、铁路或高速公路等的空间关系,为管道抢修、城市建设咨询、交叉定位等多种需求提供有力支持,同时3D技术可以表现最新的穿越点的地形地貌,为管道运行提供参考依据。
4 系统配置
4.1 组态软件
爱康诺Genesis64是全球第一套支持360°动态三维的64位核心组态软件,运行在Windows64位操作系统之上,软件除组态软件所必备的功能之外,还能够提供三维角度的可视化监控。
美国爱康诺公司在HMI/SCADA产品开发领域处于世界先进水平。爱康诺是微软的金牌合作伙伴,这使得其基于微软公司Windows全系列(包括最新的Windows7以及WindowsServer2008操作系统)的组态监控软件开发一直处于世界领先水平。
由于ICONICS软件具有很强的自主开发能力,结合滨海新区快速发展的实际情况,因此选用ICONICS软件作为滨海燃气调控指挥中心的软件开发平台。
4.2 大屏显示系统
显示设备作为监控中的辅助工具,对系统的应用效果有重要的影响,滨海燃气的显示系统采用大型宽屏无缝投影屏,由屏、投影仪与融合机组成。
大屏显示系统一定要做好用户界面设计,注重解决分辨率和现实内容之间的矛盾,使大屏幕真正地发挥效果。根据这项原则,系统确定采用代表目前技术前沿的边缘融合技术的融合投影。
边缘融合技术和液晶拼接技术都使显示单元突破了画面尺寸的限制,而且都可以实现分屏显示或整屏显示。边缘融合可以完全实现画面的无缝效果,而液晶拼接技术或多或少会产生一定的拼接缝隙,但根据具体的使用环境,有些缝隙也可以忽略不计。
就使用环境来说,在展览展示、大型会议厅这些室内场馆环境下,使用边缘融合技术显示出来的画面在视觉效果方面会更胜一筹,如果采用背投方式,显示出来的图像效果会更好,必竟背投方式仅有的干扰只是来自于观众和投影幕之间,而现在巳生产出的上万流明度的投影机更使显示画面的清晰度和亮度不逊色于液晶屏。
从费用角度上来说,使用边缘融合比使用液晶屏要省去相当一部分费用,在相同外界环境下,边缘融合的性价比会高得多,这也使得越来越多的用户更倾向于采用边缘融合。
系统配置5台投影仪加融合机,可以打出5600mm×1050mm的超宽高清图像。
使用这样的系统,我们将能够对战略规划进行更加深入的研究。管理层、工程师现在可以聚集起来,讨论实时发生的情况,如塘沽区某个小区中压管网监测,某段重点穿越复杂的地质构造等。另外,通过这个系统,我们可以将来自现场的第一手信息显示出来。所有这些措施,都可以节约成本,并最终使我们投资的长期效果得到最大化。
5 调控系统的先进性
5.1 3D显示技术
现在3D技术日益发展成熟,Web3D和交互式3D技术纷纷出现,呈现了蓬勃发展的景象,3D互联网技术更加广泛地运用于各个行业。因其互动性和三维的立体感具有很强的直观性,在工业控制领域也有很好的效果。
燃气管网由于管道的空间属性,通过三维显示技术,能够让用户对整个管网的情况一目了然,运用计算机生成逼真的三维环境,可产生很好的临场感觉,并可360°任意旋转,从多个视角查看管网高程变化。这是常规平面流程监控下的一次变革,是新信息技术和工程组态的完美融合。
5.2 边缘融合技术
传统大屏幕拼接系统是由多台投影机投射单独画面,物理拼接而成整体大画面,每个投影画面之间没有内容的重叠部分,即使采用整张无缝的屏幕,在视觉上也会感觉到拼接缝的存在。没有任何割裂感觉的整幅画面总是带给人们完美的视觉享受,靓丽的画面更带来美妙的视觉冲击,因此,边缘融合大屏幕拼接系统应运而生。
边缘融合大屏幕拼接系统是指整幅投影画面由不同的投影机投射画面拼接组成,每个单独的投影画面拼接中有着投影光线和画面内容的重叠部分,通过软硬件的结合处理,消除光线重合部分的多余亮度,从而确保整幅画面上面没有任何接缝,亮度均匀一致,给观众完美的视觉冲击。
5.3 多点触摸
本系统配置了1台2032mm的外触摸屏系统,这是最适合大尺寸显示器的触摸方案,能将大尺寸的LCD/PDP/背投显示器转变为一个大型的交互显示设备。
通过多点触摸技术,完成系统展示和调控指挥时的互动。系统可以提供多种与虚拟影像交流的互动方式,而这些方式颠覆了鼠标、键盘、游戏控制杆等传统控制方法,是一种革命性的互动方式。灵活运用新型互动科技,为调控系统的功能发挥带了革命性的改变。
本文作者:马季林 姜念
作者单位:天津市燃气集团有限公司
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