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★北京亞控科技發(fā)展有限公司鄭炳權(quán)

★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(shù)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(guān)注“雙碳”目標和老舊管網(wǎng)改造，將碳達峰、碳中和目標確立為頂層戰(zhàn)略布局，各相關(guān)部委相繼出臺碳中和重點政策，在降碳任務(wù)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(guān)注，國家住建部、發(fā)改委聯(lián)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(chǔ)設(shè)施及數(shù)字化建設(shè)。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(lǐng)域延伸至信息實力全方位競爭，利用數(shù)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(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能制造的逐步深入，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)迅猛發(fā)展以及與“云管端”一體化的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)解決方案相關(guān)的各項技術(shù)和產(chǎn)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(lián)網(wǎng)化經(jīng)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(jīng)驗來看，針對實際的垂直領(lǐng)域，“安全”與“規(guī)模化運營”兩個關(guān)鍵維度已經(jīng)成為了燃氣行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)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(shù)字化解決方案供應(yīng)商需通過面向天然氣、LPG等業(yè)務(wù)生產(chǎn)應(yīng)用場景，利用5G、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，為客戶提供智能工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺建設(shè)和自主標準物聯(lián)生態(tài)體系構(gòu)建，提高企業(yè)安全生產(chǎn)運營水平和工程建設(shè)自主管控能力。亞控結(jié)合多年行業(yè)經(jīng)驗積累，遵循技術(shù)先進實用、系統(tǒng)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(tǒng)WellinOS重磅推出智慧燃氣生產(chǎn)運營管理解決方案產(chǎn)品KingGas，為燃氣管網(wǎng)運行提供一個安全、可靠的解決方案，保證燃氣管網(wǎng)及場站設(shè)備的安全運行。

2　項目建設(shè)應(yīng)用

2.1　建設(shè)方案

亞控基于WellinOS工業(yè)云操作系統(tǒng)開發(fā)的智慧燃氣生產(chǎn)運營管理平臺解決方案為適應(yīng)中燃集團數(shù)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(tǒng)一的建設(shè)調(diào)度標準，基于云平臺架構(gòu)，融合過程控制、現(xiàn)場操作、用氣管理、生產(chǎn)調(diào)控于一體，集成GIS系統(tǒng)、巡檢系統(tǒng)、閥井系統(tǒng)等各類業(yè)務(wù)子系統(tǒng)，滿足網(wǎng)絡(luò)等保安全要求，需基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)模式建設(shè)一套完整的智慧燃氣管理信息化平臺，為調(diào)度調(diào)控提供科學準確的指導，實現(xiàn)公司、業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)全流程管控。

圖1系統(tǒng)數(shù)據(jù)流向圖

圖2平臺架構(gòu)圖

數(shù)采層：通過在場站現(xiàn)有設(shè)備上附加物聯(lián)網(wǎng)關(guān)，輔以邊緣計算協(xié)議前置解析，在不影響各設(shè)施生產(chǎn)運行的前提下，進行多種通信接口、通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)自動采集各種PLC和流量計的生產(chǎn)運行計量數(shù)據(jù)，完成設(shè)備接入平臺的工作。

平臺層：部署工業(yè)云操作系統(tǒng)WellinOS，為整個上層智慧應(yīng)用系統(tǒng)服務(wù)。基于物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等核心技術(shù)，建立平臺支撐體系。為系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理、智能應(yīng)用、可視化展示、交互等提供服務(wù)支撐。其中數(shù)據(jù)中臺作為數(shù)據(jù)存儲和管理的核心，對所有數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)匯聚管理，保證數(shù)據(jù)完整性和準確性，同時基于數(shù)據(jù)基礎(chǔ)提供各種數(shù)據(jù)應(yīng)用，以及對整個系統(tǒng)內(nèi)各平臺的數(shù)據(jù)共享服務(wù)。

應(yīng)用層：為企業(yè)基于業(yè)務(wù)需求開發(fā)的各種功能模塊，作為智慧應(yīng)用的統(tǒng)一門戶。業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)將包含：綜合展示、生產(chǎn)運營管理、閥門井管理、系統(tǒng)管理、移動APP等業(yè)務(wù)模塊或子系統(tǒng)。

決策層：為運營管理工作提供了大量的生產(chǎn)決策數(shù)據(jù)依據(jù)，通過深入挖掘各類數(shù)據(jù)間的關(guān)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(lián)網(wǎng)的智慧燃氣綜合運營管理體系。

2.2　功能應(yīng)用

中燃集團“云管站控”生產(chǎn)運營管理系統(tǒng)應(yīng)用包括：統(tǒng)一監(jiān)測、綜合管理、生產(chǎn)運營管理、閥井管理、GIS巡檢、系統(tǒng)管理、手機APP七大功能模塊。

（1）統(tǒng)一物聯(lián)監(jiān)測

通過物聯(lián)網(wǎng)關(guān)及工業(yè)物聯(lián)設(shè)備終端協(xié)議整合將現(xiàn)場參差不齊的通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換成標準MQTT協(xié)議，將場站SCADA站控系統(tǒng)和管網(wǎng)、工商用戶采集遠傳的數(shù)據(jù)統(tǒng)一接入云平臺中心系統(tǒng)，實現(xiàn)對氣源場站、輸配管網(wǎng)設(shè)施的工況統(tǒng)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(shù)據(jù)總覽。駕駛艙展示集團關(guān)鍵信息，包含供氣占比統(tǒng)計、設(shè)備監(jiān)控統(tǒng)計、實時存儲比、分級報警統(tǒng)計、重點數(shù)據(jù)輪循。在GIS地圖上顯示場站位置以及管網(wǎng)，鼠標滑動到場站圖標，可以實時查看該場站重點參數(shù)，點擊站點快速跳轉(zhuǎn)至工藝流程畫面。數(shù)據(jù)總覽查看所有場站的實時數(shù)據(jù)，產(chǎn)生報警時數(shù)據(jù)變紅標識提示，可點擊變量彈出對應(yīng)趨勢曲線。

（3）生產(chǎn)運營管理

生產(chǎn)運營管理模塊主要包括工藝監(jiān)控、報警管理、生產(chǎn)報表、趨勢分析、設(shè)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(guān)鍵設(shè)備的實時數(shù)據(jù)，同時可查看該場站的歷史曲線、歷史報表、設(shè)備信息、環(huán)比統(tǒng)計。用戶可查看其權(quán)限下的場站實時報警數(shù)據(jù)與歷史報警數(shù)據(jù)，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(diào)整報警使能以及高低限值。趨勢曲線與環(huán)比統(tǒng)計以曲線形式直觀展示采集點的狀態(tài)以及對比分析。設(shè)備信息可查看現(xiàn)場管理的各類設(shè)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(shè)備的基礎(chǔ)信息進行維護，包括位置、歸屬、經(jīng)緯度等，實時監(jiān)控快速查看各設(shè)備的狀態(tài)以及實時數(shù)據(jù)，歷史分析查看各設(shè)備的歷史狀態(tài)，以及各采集點的報警數(shù)據(jù)展示。

（5）GIS巡檢

GIS巡檢模塊主要包括GIS數(shù)據(jù)瀏覽、專題圖展示、數(shù)據(jù)編輯、巡檢區(qū)域劃分、任務(wù)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(tǒng)計巡檢軌跡事件和里程，分析巡查人員的任務(wù)完成情況，可以對巡檢任務(wù)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(jié)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(tǒng)管理

系統(tǒng)管理模塊主要包括組織結(jié)構(gòu)、角色權(quán)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(jié)構(gòu)，為角色分配操作權(quán)限以及各頁面的查看權(quán)限，對公司員工基礎(chǔ)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(quán)限。用戶可配置場站的地理位置以及繪制現(xiàn)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(chǎn)報表、設(shè)備管理、領(lǐng)導視圖、報警推送、個人信息。實時數(shù)據(jù)列表可快速切換場站，同步更新設(shè)備數(shù)據(jù)，并查看各采集點的歷史數(shù)據(jù)。可快速查看各場站的設(shè)備臺賬，以及維護保養(yǎng)信息。統(tǒng)計各公司計量數(shù)據(jù)供領(lǐng)導快速查看整體情況，現(xiàn)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(chǔ)信息。

3　項目創(chuàng)新

該項目以“平臺+應(yīng)用”的模式，落地數(shù)字燃氣“云管站控”開發(fā)應(yīng)用平臺中的關(guān)鍵技術(shù)路線和實現(xiàn)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(chǎn)運營管理業(yè)務(wù)的前提下，隨著現(xiàn)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(xiàn)場運維需求的用戶具備對系統(tǒng)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(tǒng)WellinOS四大創(chuàng)新點：云操作系統(tǒng)、時空數(shù)據(jù)庫、元語言、新數(shù)字孿生。

·云操作系統(tǒng)：既是一個完整的IaaS層產(chǎn)品，也是一個完整的PaaS層產(chǎn)品，并且沒有使用開源的虛擬化技術(shù)，而是自主開發(fā)了計算機資源管理系統(tǒng)，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(shè)自主維護自主升級系統(tǒng)”問題。

·時空數(shù)據(jù)庫：時空數(shù)據(jù)庫是一個九庫合一的數(shù)據(jù)庫和一個界面展示的圖形庫組成。九個子數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫。解決“數(shù)據(jù)采集存儲、數(shù)據(jù)融通和維護數(shù)據(jù)庫業(yè)務(wù)關(guān)系難”問題。

·元語言：建立在WellinOS基礎(chǔ)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(tǒng)功能難”問題。

·新數(shù)字孿生：通過提取實際工廠的關(guān)鍵特性到數(shù)字工廠，數(shù)字工廠呈現(xiàn)并反作用物理工廠的生產(chǎn)全過程。通過物、事、組織、人員構(gòu)建工廠模型，對物理工廠實現(xiàn)真正的業(yè)務(wù)孿生。

（2）標準性

“云管站控”系統(tǒng)建設(shè)初期制定建設(shè)標準，對建設(shè)涉及到的設(shè)備、平臺軟件、通訊網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)功能、各子系統(tǒng)接口、通信協(xié)議、數(shù)據(jù)庫、軟件編碼等制定一系列標準。解決“集團未能建立統(tǒng)一的物聯(lián)標準體系，部分終端智能化、標準化程度較低，難以實現(xiàn)終端功能按需定制、遠程升級、故障預警，現(xiàn)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(tǒng)WellinOS的安全審計遵循了國內(nèi)通用的信息安全設(shè)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(nèi)信息安全設(shè)計方法為主，輔助采取基于威脅的策略來設(shè)計整個“云管站控”系統(tǒng)的信息安全方案。數(shù)據(jù)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(guān)鍵操作，實現(xiàn)數(shù)據(jù)源、關(guān)鍵操作的查詢與追蹤。解決“云端管控、數(shù)據(jù)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(chǎn)運營管理系統(tǒng)加強天然氣計量管理，充分發(fā)揮其在輸氣生產(chǎn)、經(jīng)營管理中的作用，保證了中燃集團生產(chǎn)安全平穩(wěn)、保質(zhì)保量、降低能源消耗和提高經(jīng)濟效益。通過輸差控制等方式在天然氣供應(yīng)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(chǎn)成本等起到關(guān)鍵作用。通過場站監(jiān)控分析及調(diào)整、應(yīng)急指揮，使整個系統(tǒng)保持平穩(wěn)狀態(tài)，為用戶提供高質(zhì)量的供氣服務(wù)，保障輸配系統(tǒng)安全運行。通過數(shù)據(jù)深入分析，實現(xiàn)集團范圍內(nèi)異常預警、運行工況模擬及工況、設(shè)備和成本分析，助力決策層決策。

同時，基于云平臺架構(gòu)，融合過程控制、用氣管理和生產(chǎn)調(diào)控，集成GIS系統(tǒng)、巡檢系統(tǒng)、閥井系統(tǒng)等各類業(yè)務(wù)子系統(tǒng)，實現(xiàn)了一體化管理；提供了國密安全技術(shù)，滿足等保安全要求；統(tǒng)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(chǎn)運營管理平臺為安全生產(chǎn)管理生態(tài)中不可或缺的重要節(jié)點，應(yīng)用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)消息隊列技術(shù)，結(jié)合工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)二級節(jié)點，通過高效的物聯(lián)設(shè)備采集，實現(xiàn)萬物互聯(lián)的工業(yè)大融合，對海量設(shè)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(shù)據(jù)趨勢分析，賦能用戶對城市燃氣供需決策提供強大數(shù)據(jù)依據(jù)。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(shù)據(jù)支撐。

中燃集團“云管站控”系統(tǒng)的建設(shè)成功充分證明亞控智慧燃氣生產(chǎn)管理平臺KingGas是燃氣物聯(lián)網(wǎng)云平臺的支撐者，更是燃氣企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)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(tǒng)一化、扁平化、靈活的組織建設(shè)和權(quán)限分配的統(tǒng)一平臺。

通過與企業(yè)內(nèi)SCADA系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、智能巡檢系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)和應(yīng)用的系統(tǒng)融合，充分利用系統(tǒng)的靈活性和可擴展性，應(yīng)對未來新的整合、集成需求，為集團接入更多的設(shè)備和區(qū)域場站系統(tǒng)，實現(xiàn)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(diào)度系統(tǒng)規(guī)模化建設(shè)和運營的戰(zhàn)略目標落地。

作者簡介：

鄭炳權(quán)（1973-），男，廣東人，碩士，現(xiàn)任北京亞控科技發(fā)展有限公司總經(jīng)理，主要從事自動化軟件、MES軟件和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺相關(guān)的研究工作。

周　朵（1983-），男，湖南人，博士研究生，現(xiàn)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(tǒng)和智能制造生產(chǎn)管控系統(tǒng)。

王煒松（1993-），男，廣西人，學士，現(xiàn)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(lián)網(wǎng)平臺、智能制造等方面解決方案應(yīng)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(lián)網(wǎng)專家，現(xiàn)就職于中燃集團數(shù)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(shè)及工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品技術(shù)研究和應(yīng)用。

摘自《自動化博覽》2024年10月刊