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★北京亞控科技發展有限公司鄭炳權

★廣東工業大學自動化學院周朵

★北京亞控科技發展有限公司王煒松

★中燃集團數字化發展事業部富地紅華動力（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，能源行業首當其沖。近年來，燃氣事故頻發引發燃氣安全高度關注，國家住建部、發改委聯合發布《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、安全監管信息共享差、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核心競爭力被大部分燃氣企業認可。

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，工業互聯網技術迅猛發展以及與“云管端”一體化的工業互聯網解決方案相關的各項技術和產品的成熟，對行業有利、對行業運營方有價值的標準呼之欲出，燃氣行業的物聯網化經歷了前期試探階段后，也要走向標準確定、全面發展的階段。從行業積累的經驗來看，針對實際的垂直領域，“安全”與“規模化運營”兩個關鍵維度已經成為了燃氣行業物聯網運營管理平臺是否能長期穩定發展的制約因素。

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互聯網平臺建設和自主標準物聯生態體系構建，提高企業安全生產運營水平和工程建設自主管控能力。亞控結合多年行業經驗積累，遵循技術先進實用、系統穩定可靠、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工業云操作系統開發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、閥井系統等各類業務子系統，滿足網絡等保安全要求，需基于工業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：為企業基于業務需求開發的各種功能模塊，作為智慧應用的統一門戶。業務結構將包含：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）統一物聯監測

通過物聯網關及工業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。趨勢曲線與環比統計以曲線形式直觀展示采集點的狀態以及對比分析。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、實時監控、歷史分析、報警監控。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，實時監控快速查看各設備的狀態以及實時數據，歷史分析查看各設備的歷史狀態，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，監控第三方施工。

（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　項目創新

該項目以“平臺+應用”的模式，落地數字燃氣“云管站控”開發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，能夠使缺乏專業計算機知識，但具備行業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、開發的能力，主要創新性和重難點問題分析如下：

（1）創新性

亞控工業云操作系統WellinOS四大創新點：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務關系難”問題。

·元語言：建立在WellinOS基礎之上開創的編程語言，簡單易學、降低門檻；一處開發、到處運行；執行高效、穩定可靠！解決“工業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、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。通過場站監控分析及調整、應急指揮，使整個系統保持平穩狀態，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中不可或缺的重要節點，應用工業物聯網消息隊列技術，結合工業互聯網二級節點，通過高效的物聯設備采集，實現萬物互聯的工業大融合，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域場站系統，實現集中式、規模化運營的目標，降低企業運營成本，提高運營效率，有效推進燃氣企業智慧調度系統規模化建設和運營的戰略目標落地。

作者簡介：

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

周　朵（1983-），男，湖南人，博士研究生，現就讀于廣東工業大學自動化學院，主要研究方向為工業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展有限公司，主要從事工業軟件、工業互聯網平臺、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、工業物聯網專家，現就職于中燃集團數字化發展事業部富地紅華動力（武漢）有限責任公司，專注于自動化建設及工業物聯網產品技術研究和應用。

摘自《自動化博覽》2024年10月刊