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★北京亞控科技發(fā)展有限公司鄭炳權

★廣東工業(yè)大學自動化學院周朵

★北京亞控科技發(fā)展有限公司王煒松

★中燃集團數字化發(fā)展事業(yè)部富地紅華動力（武漢）有限責任公司付春林

1　項目背景

當前，國家部委高度關注“雙碳”目標和老舊管網改造，將碳達峰、碳中和目標確立為頂層戰(zhàn)略布局，各相關部委相繼出臺碳中和重點政策，在降碳任務中，能源行業(yè)首當其沖。近年來，燃氣事故頻發(fā)引發(fā)燃氣安全高度關注，國家住建部、發(fā)改委聯合發(fā)布《2022年城市燃氣管道等老化更新改造工作的通知》，配套燃氣基礎設施及數字化建設。對于地方政府來說，面臨著眾多痛點和訴求，包括安全隱患多、事故頻發(fā)、安全監(jiān)管信息共享差、用戶安全意識淡薄、缺乏有效管控手段等。此外，燃氣企業(yè)競爭加劇，從燃氣領域延伸至信息實力全方位競爭，利用數字化提升企業(yè)核心競爭力被大部分燃氣企業(yè)認可。

同時，隨著5G政策的傾斜，物聯網技術和智能制造的逐步深入，工業(yè)互聯網技術迅猛發(fā)展以及與“云管端”一體化的工業(yè)互聯網解決方案相關的各項技術和產品的成熟，對行業(yè)有利、對行業(yè)運營方有價值的標準呼之欲出，燃氣行業(yè)的物聯網化經歷了前期試探階段后，也要走向標準確定、全面發(fā)展的階段。從行業(yè)積累的經驗來看，針對實際的垂直領域，“安全”與“規(guī)模化運營”兩個關鍵維度已經成為了燃氣行業(yè)物聯網運營管理平臺是否能長期穩(wěn)定發(fā)展的制約因素。

在此背景下，數字化解決方案供應商需通過面向天然氣、LPG等業(yè)務生產應用場景，利用5G、云計算、物聯網、大數據等技術，為客戶提供智能工業(yè)互聯網平臺建設和自主標準物聯生態(tài)體系構建，提高企業(yè)安全生產運營水平和工程建設自主管控能力。亞控結合多年行業(yè)經驗積累，遵循技術先進實用、系統穩(wěn)定可靠、功能齊全、易于擴充、維護和操作簡便的總原則，基于工業(yè)云操作系統WellinOS重磅推出智慧燃氣生產運營管理解決方案產品KingGas，為燃氣管網運行提供一個安全、可靠的解決方案，保證燃氣管網及場站設備的安全運行。

2　項目建設應用

2.1　建設方案

亞控基于WellinOS工業(yè)云操作系統開發(fā)的智慧燃氣生產運營管理平臺解決方案為適應中燃集團數字化改革，針對中燃的小集團化和多層級管理，對管理平臺進行規(guī)范化、功能化，形成統一的建設調度標準，基于云平臺架構，融合過程控制、現場操作、用氣管理、生產調控于一體，集成GIS系統、巡檢系統、閥井系統等各類業(yè)務子系統，滿足網絡等保安全要求，需基于工業(yè)互聯網模式建設一套完整的智慧燃氣管理信息化平臺，為調度調控提供科學準確的指導，實現公司、業(yè)務、數據全流程管控。

圖1系統數據流向圖

圖2平臺架構圖

數采層：通過在場站現有設備上附加物聯網關，輔以邊緣計算協議前置解析，在不影響各設施生產運行的前提下，進行多種通信接口、通信協議的轉換，實現自動采集各種PLC和流量計的生產運行計量數據，完成設備接入平臺的工作。

平臺層：部署工業(yè)云操作系統WellinOS，為整個上層智慧應用系統服務。基于物聯網、云計算、大數據、工業(yè)互聯網等核心技術，建立平臺支撐體系。為系統數據處理、智能應用、可視化展示、交互等提供服務支撐。其中數據中臺作為數據存儲和管理的核心，對所有數據進行數據匯聚管理，保證數據完整性和準確性，同時基于數據基礎提供各種數據應用，以及對整個系統內各平臺的數據共享服務。

應用層：為企業(yè)基于業(yè)務需求開發(fā)的各種功能模塊，作為智慧應用的統一門戶。業(yè)務結構將包含：綜合展示、生產運營管理、閥門井管理、系統管理、移動APP等業(yè)務模塊或子系統。

決策層：為運營管理工作提供了大量的生產決策數據依據，通過深入挖掘各類數據間的關系，利用駕駛艙、一張圖和管理分析工具，幫助集團建立基于物聯網的智慧燃氣綜合運營管理體系。

2.2　功能應用

中燃集團“云管站控”生產運營管理系統應用包括：統一監(jiān)測、綜合管理、生產運營管理、閥井管理、GIS巡檢、系統管理、手機APP七大功能模塊。

（1）統一物聯監(jiān)測

通過物聯網關及工業(yè)物聯設備終端協議整合將現場參差不齊的通訊協議轉換成標準MQTT協議，將場站SCADA站控系統和管網、工商用戶采集遠傳的數據統一接入云平臺中心系統，實現對氣源場站、輸配管網設施的工況統一監(jiān)測。

（2）綜合管理

綜合管理模塊主要包括駕駛艙、地理信息、數據總覽。駕駛艙展示集團關鍵信息，包含供氣占比統計、設備監(jiān)控統計、實時存儲比、分級報警統計、重點數據輪循。在GIS地圖上顯示場站位置以及管網，鼠標滑動到場站圖標，可以實時查看該場站重點參數，點擊站點快速跳轉至工藝流程畫面。數據總覽查看所有場站的實時數據，產生報警時數據變紅標識提示，可點擊變量彈出對應趨勢曲線。

（3）生產運營管理

生產運營管理模塊主要包括工藝監(jiān)控、報警管理、生產報表、趨勢分析、設備管理、用氣申報、事件管理。工藝監(jiān)控展示各場站的工藝流程圖，展示關鍵設備的實時數據，同時可查看該場站的歷史曲線、歷史報表、設備信息、環(huán)比統計。用戶可查看其權限下的場站實時報警數據與歷史報警數據，實時報警可人工確認填寫處理方案與處理人員，所有采集點的報警均可自由配置，調整報警使能以及高低限值。趨勢曲線與環(huán)比統計以曲線形式直觀展示采集點的狀態(tài)以及對比分析。設備信息可查看現場管理的各類設備。

（4）閥井管理

閥井管理模塊主要包括信息管理、實時監(jiān)控、歷史分析、報警監(jiān)控。對閥門井RTU設備的基礎信息進行維護，包括位置、歸屬、經緯度等，實時監(jiān)控快速查看各設備的狀態(tài)以及實時數據，歷史分析查看各設備的歷史狀態(tài)，以及各采集點的報警數據展示。

（5）GIS巡檢

GIS巡檢模塊主要包括GIS數據瀏覽、專題圖展示、數據編輯、巡檢區(qū)域劃分、任務計劃、人員管理、軌跡回放、巡檢考核、隱患管理等功能。通過區(qū)域范圍編輯對人員劃分巡檢管線。統計巡檢軌跡事件和里程，分析巡查人員的任務完成情況，可以對巡檢任務和巡檢軌跡進行空間分析，計算巡檢完成率，查看考核計算結果。可上報第三方施工信息，可上報照片和施工狀態(tài)，監(jiān)控第三方施工。

（6）系統管理

系統管理模塊主要包括組織結構、角色權限、用戶管理、場站管理、采集配置、管線繪制、站點配置。靈活維護組織結構，為角色分配操作權限以及各頁面的查看權限，對公司員工基礎信息、歸屬角色進行自由維護。管理員可維護站點屬性與所屬組織，同時配置站點歸屬變量的展示權限。用戶可配置場站的地理位置以及繪制現場管線。

（7）手機APP

手機APP模塊主要包括實時監(jiān)控、歷史分析、生產報表、設備管理、領導視圖、報警推送、個人信息。實時數據列表可快速切換場站，同步更新設備數據，并查看各采集點的歷史數據。可快速查看各場站的設備臺賬，以及維護保養(yǎng)信息。統計各公司計量數據供領導快速查看整體情況，現場發(fā)生報警同步推送至手機端，同時可進行人工報警確認。用戶可在手機端維護個人的基礎信息。

3　項目創(chuàng)新

該項目以“平臺+應用”的模式，落地數字燃氣“云管站控”開發(fā)應用平臺中的關鍵技術路線和實現方法，同時亞控KingGas解決方案能夠進一步彈性擴展，在滿足當前中燃集團燃氣生產運營管理業(yè)務的前提下，隨著現場標準化、智能化改造的進一步加深，以及對功能集成性與多樣性要求更高的情況下，能夠使缺乏專業(yè)計算機知識，但具備行業(yè)知識與現場運維需求的用戶具備對系統進行自主運維、升級、開發(fā)的能力，主要創(chuàng)新性和重難點問題分析如下：

（1）創(chuàng)新性

亞控工業(yè)云操作系統WellinOS四大創(chuàng)新點：云操作系統、時空數據庫、元語言、新數字孿生。

·云操作系統：既是一個完整的IaaS層產品，也是一個完整的PaaS層產品，并且沒有使用開源的虛擬化技術，而是自主開發(fā)了計算機資源管理系統，部署和使用更加地靈活便利，可以做到一鍵安裝、一鍵升級。解決“工業(yè)人做不到自主建設自主維護自主升級系統”問題。

·時空數據庫：時空數據庫是一個九庫合一的數據庫和一個界面展示的圖形庫組成。九個子數據庫分別是模型庫、實時庫、歷史庫、計劃庫、資源庫、接口庫、視頻庫、空間庫、圖數據庫。解決“數據采集存儲、數據融通和維護數據庫業(yè)務關系難”問題。

·元語言：建立在WellinOS基礎之上開創(chuàng)的編程語言，簡單易學、降低門檻；一處開發(fā)、到處運行；執(zhí)行高效、穩(wěn)定可靠！解決“工業(yè)人實施項目和維護拓展系統功能難”問題。

·新數字孿生：通過提取實際工廠的關鍵特性到數字工廠，數字工廠呈現并反作用物理工廠的生產全過程。通過物、事、組織、人員構建工廠模型，對物理工廠實現真正的業(yè)務孿生。

（2）標準性

“云管站控”系統建設初期制定建設標準，對建設涉及到的設備、平臺軟件、通訊網絡、系統功能、各子系統接口、通信協議、數據庫、軟件編碼等制定一系列標準。解決“集團未能建立統一的物聯標準體系，部分終端智能化、標準化程度較低，難以實現終端功能按需定制、遠程升級、故障預警，現場維護成本高昂”問題。

（3）安全與審計

亞控工業(yè)云操作系統WellinOS的安全審計遵循了國內通用的信息安全設計方法論，最新等保2.0的等保三級和部分四級要求，采取基于國內信息安全設計方法為主，輔助采取基于威脅的策略來設計整個“云管站控”系統的信息安全方案。數據傳輸安全支持國密SM4算法加密。安全事件自處理，記錄異常操作行為以及關鍵操作，實現數據源、關鍵操作的查詢與追蹤。解決“云端管控、數據傳輸不安全，安全事件追溯難”問題。

4　項目效益

該項目通過“云管站控”生產運營管理系統加強天然氣計量管理，充分發(fā)揮其在輸氣生產、經營管理中的作用，保證了中燃集團生產安全平穩(wěn)、保質保量、降低能源消耗和提高經濟效益。通過輸差控制等方式在天然氣供應過程中對損耗量進行控制，提高輸送效率，降低天然氣損耗，對控制生產成本等起到關鍵作用。通過場站監(jiān)控分析及調整、應急指揮，使整個系統保持平穩(wěn)狀態(tài)，為用戶提供高質量的供氣服務，保障輸配系統安全運行。通過數據深入分析，實現集團范圍內異常預警、運行工況模擬及工況、設備和成本分析，助力決策層決策。

同時，基于云平臺架構，融合過程控制、用氣管理和生產調控，集成GIS系統、巡檢系統、閥井系統等各類業(yè)務子系統，實現了一體化管理；提供了國密安全技術，滿足等保安全要求；統一化云平臺管理，集團上下一致，及時高效，大幅提升集團管理水平。

5　項目意義

智慧燃氣生產運營管理平臺為安全生產管理生態(tài)中不可或缺的重要節(jié)點，應用工業(yè)物聯網消息隊列技術，結合工業(yè)互聯網二級節(jié)點，通過高效的物聯設備采集，實現萬物互聯的工業(yè)大融合，對海量設備進行指標實時采集、異常判斷、安全告警提醒。并通過邊緣計算，為用戶提供大數據趨勢分析，賦能用戶對城市燃氣供需決策提供強大數據依據。為各地智慧城市、城市生命線等省、市級政府智慧平臺提供全面的燃氣數據支撐。

中燃集團“云管站控”系統的建設成功充分證明亞控智慧燃氣生產管理平臺KingGas是燃氣物聯網云平臺的支撐者，更是燃氣企業(yè)數字化轉型的助力者，為中燃集團各場站運行的集中管控提供了規(guī)范化、統一化、扁平化、靈活的組織建設和權限分配的統一平臺。

通過與企業(yè)內SCADA系統、地理信息系統、智能巡檢系統實現數據和應用的系統融合，充分利用系統的靈活性和可擴展性，應對未來新的整合、集成需求，為集團接入更多的設備和區(qū)域場站系統，實現集中式、規(guī)模化運營的目標，降低企業(yè)運營成本，提高運營效率，有效推進燃氣企業(yè)智慧調度系統規(guī)模化建設和運營的戰(zhàn)略目標落地。

作者簡介：

鄭炳權（1973-），男，廣東人，碩士，現任北京亞控科技發(fā)展有限公司總經理，主要從事自動化軟件、MES軟件和工業(yè)互聯網平臺相關的研究工作。

周　朵（1983-），男，湖南人，博士研究生，現就讀于廣東工業(yè)大學自動化學院，主要研究方向為工業(yè)云操作系統和智能制造生產管控系統。

王煒松（1993-），男，廣西人，學士，現就職于北京亞控科技發(fā)展有限公司，主要從事工業(yè)軟件、工業(yè)互聯網平臺、智能制造等方面解決方案應用的研究。

付春林（1983-），男，湖南人，學士，高級工程師，自動化、工業(yè)物聯網專家，現就職于中燃集團數字化發(fā)展事業(yè)部富地紅華動力（武漢）有限責任公司，專注于自動化建設及工業(yè)物聯網產品技術研究和應用。

摘自《自動化博覽》2024年10月刊