★北京亞控科技發(fā)展有限公司鄭炳權

★廣東工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)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(dòng)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略布局，各相關(guān)部委相繼出臺碳中和重點(diǎn)政策，在降碳任務(wù)中，能源行業(yè)首當其沖。近年來(lái)，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》，配套燃氣基礎設施及數字化建設。對于地方政府來(lái)說(shuō)，面臨著(zhù)眾多痛點(diǎn)和訴求，包括安全隱患多、事故頻發(fā)、安全監管信息共享差、用戶(hù)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(shí)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(shí)，隨著(zhù)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(yíng)方有價(jià)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(lái)看，針對實(shí)際的垂直領(lǐng)域，“安全”與“規?；\營(yíng)”兩個(gè)關(guān)鍵維度已經(jīng)成為了燃氣行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)運營(yíng)管理平臺是否能長(cháng)期穩定發(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(guò)面向天然氣、LPG等業(yè)務(wù)生產(chǎn)應用場(chǎng)景，利用5G、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數據等技術(shù)，為客戶(hù)提供智能工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺建設和自主標準物聯(lián)生態(tài)體系構建，提高企業(yè)安全生產(chǎn)運營(yíng)水平和工程建設自主管控能力。亞控結合多年行業(yè)經(jīng)驗積累，遵循技術(shù)先進(jìn)實(shí)用、系統穩定可靠、功能齊全、易于擴充、維護和操作簡(jiǎn)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(chǎn)運營(yíng)管理解決方案產(chǎn)品KingGas，為燃氣管網(wǎng)運行提供一個(gè)安全、可靠的解決方案，保證燃氣管網(wǎng)及場(chǎng)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(kāi)發(fā)的智慧燃氣生產(chǎn)運營(yíng)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(jìn)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(guò)程控制、現場(chǎng)操作、用氣管理、生產(chǎn)調控于一體，集成GIS系統、巡檢系統、閥井系統等各類(lèi)業(yè)務(wù)子系統，滿(mǎn)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(xué)準確的指導，實(shí)現公司、業(yè)務(wù)、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(guò)在場(chǎng)站現有設備上附加物聯(lián)網(wǎng)關(guān)，輔以邊緣計算協(xié)議前置解析，在不影響各設施生產(chǎn)運行的前提下，進(jìn)行多種通信接口、通信協(xié)議的轉換，實(shí)現自動(dòng)采集各種PLC和流量計的生產(chǎn)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(gè)上層智慧應用系統服務(wù)?；谖锫?lián)網(wǎng)、云計算、大數據、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等核心技術(shù)，建立平臺支撐體系。為系統數據處理、智能應用、可視化展示、交互等提供服務(wù)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(jìn)行數據匯聚管理，保證數據完整性和準確性，同時(shí)基于數據基礎提供各種數據應用，以及對整個(gè)系統內各平臺的數據共享服務(wù)。

應用層：為企業(yè)基于業(yè)務(wù)需求開(kāi)發(fā)的各種功能模塊，作為智慧應用的統一門(mén)戶(hù)。業(yè)務(wù)結構將包含：綜合展示、生產(chǎn)運營(yíng)管理、閥門(mén)井管理、系統管理、移動(dòng)APP等業(yè)務(wù)模塊或子系統。

決策層：為運營(yíng)管理工作提供了大量的生產(chǎn)決策數據依據，通過(guò)深入挖掘各類(lèi)數據間的關(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(yíng)管理體系。

2.2　功能應用

中燃集團“云管站控”生產(chǎn)運營(yíng)管理系統應用包括：統一監測、綜合管理、生產(chǎn)運營(yíng)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(lián)監測

通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)關(guān)及工業(yè)物聯(lián)設備終端協(xié)議整合將現場(chǎng)參差不齊的通訊協(xié)議轉換成標準MQTT協(xié)議，將場(chǎng)站SCADA站控系統和管網(wǎng)、工商用戶(hù)采集遠傳的數據統一接入云平臺中心系統，實(shí)現對氣源場(chǎng)站、輸配管網(wǎng)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(guān)鍵信息，包含供氣占比統計、設備監控統計、實(shí)時(shí)存儲比、分級報警統計、重點(diǎn)數據輪循。在GIS地圖上顯示場(chǎng)站位置以及管網(wǎng)，鼠標滑動(dòng)到場(chǎng)站圖標，可以實(shí)時(shí)查看該場(chǎng)站重點(diǎn)參數，點(diǎn)擊站點(diǎn)快速跳轉至工藝流程畫(huà)面。數據總覽查看所有場(chǎng)站的實(shí)時(shí)數據，產(chǎn)生報警時(shí)數據變紅標識提示，可點(diǎn)擊變量彈出對應趨勢曲線(xiàn)。

（3）生產(chǎn)運營(yíng)管理

生產(chǎn)運營(yíng)管理模塊主要包括工藝監控、報警管理、生產(chǎn)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(chǎng)站的工藝流程圖，展示關(guān)鍵設備的實(shí)時(shí)數據，同時(shí)可查看該場(chǎng)站的歷史曲線(xiàn)、歷史報表、設備信息、環(huán)比統計。用戶(hù)可查看其權限下的場(chǎng)站實(shí)時(shí)報警數據與歷史報警數據，實(shí)時(shí)報警可人工確認填寫(xiě)處理方案與處理人員，所有采集點(diǎn)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(xiàn)與環(huán)比統計以曲線(xiàn)形式直觀(guān)展示采集點(diǎn)的狀態(tài)以及對比分析。設備信息可查看現場(chǎng)管理的各類(lèi)設備。

（4）閥井管理

閥井管理模塊主要包括信息管理、實(shí)時(shí)監控、歷史分析、報警監控。對閥門(mén)井RTU設備的基礎信息進(jìn)行維護，包括位置、歸屬、經(jīng)緯度等，實(shí)時(shí)監控快速查看各設備的狀態(tài)以及實(shí)時(shí)數據，歷史分析查看各設備的歷史狀態(tài)，以及各采集點(diǎn)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(zhuān)題圖展示、數據編輯、巡檢區域劃分、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(guò)區域范圍編輯對人員劃分巡檢管線(xiàn)。統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(jìn)行空間分析，計算巡檢完成率，查看考核計算結果?？缮蠄蟮谌绞┕ば畔?，可上報照片和施工狀態(tài)，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(hù)管理、場(chǎng)站管理、采集配置、管線(xiàn)繪制、站點(diǎn)配置。靈活維護組織結構，為角色分配操作權限以及各頁(yè)面的查看權限，對公司員工基礎信息、歸屬角色進(jìn)行自由維護。管理員可維護站點(diǎn)屬性與所屬組織，同時(shí)配置站點(diǎn)歸屬變量的展示權限。用戶(hù)可配置場(chǎng)站的地理位置以及繪制現場(chǎng)管線(xiàn)。

（7）手機APP

手機APP模塊主要包括實(shí)時(shí)監控、歷史分析、生產(chǎn)報表、設備管理、領(lǐng)導視圖、報警推送、個(gè)人信息。實(shí)時(shí)數據列表可快速切換場(chǎng)站，同步更新設備數據，并查看各采集點(diǎn)的歷史數據?？煽焖俨榭锤鲌?chǎng)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(lǐng)導快速查看整體情況，現場(chǎng)發(fā)生報警同步推送至手機端，同時(shí)可進(jìn)行人工報警確認。用戶(hù)可在手機端維護個(gè)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(kāi)發(fā)應用平臺中的關(guān)鍵技術(shù)路線(xiàn)和實(shí)現方法，同時(shí)亞控KingGas解決方案能夠進(jìn)一步彈性擴展，在滿(mǎn)足當前中燃集團燃氣生產(chǎn)運營(yíng)管理業(yè)務(wù)的前提下，隨著(zhù)現場(chǎng)標準化、智能化改造的進(jìn)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(zhuān)業(yè)計算機知識，但具備行業(yè)知識與現場(chǎng)運維需求的用戶(hù)具備對系統進(jìn)行自主運維、升級、開(kāi)發(fā)的能力，主要創(chuàng )新性和重難點(diǎn)問(wèn)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(diǎn)：云操作系統、時(shí)空數據庫、元語(yǔ)言、新數字孿生。

·云操作系統：既是一個(gè)完整的IaaS層產(chǎn)品，也是一個(gè)完整的PaaS層產(chǎn)品，并且沒(méi)有使用開(kāi)源的虛擬化技術(shù)，而是自主開(kāi)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(wèn)題。

·時(shí)空數據庫：時(shí)空數據庫是一個(gè)九庫合一的數據庫和一個(gè)界面展示的圖形庫組成。九個(gè)子數據庫分別是模型庫、實(shí)時(shí)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(wù)關(guān)系難”問(wèn)題。

·元語(yǔ)言：建立在WellinOS基礎之上開(kāi)創(chuàng )的編程語(yǔ)言，簡(jiǎn)單易學(xué)、降低門(mén)檻；一處開(kāi)發(fā)、到處運行；執行高效、穩定可靠！解決“工業(yè)人實(shí)施項目和維護拓展系統功能難”問(wèn)題。

·新數字孿生：通過(guò)提取實(shí)際工廠(chǎng)的關(guān)鍵特性到數字工廠(chǎng)，數字工廠(chǎng)呈現并反作用物理工廠(chǎng)的生產(chǎn)全過(guò)程。通過(guò)物、事、組織、人員構建工廠(chǎng)模型，對物理工廠(chǎng)實(shí)現真正的業(yè)務(wù)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(wǎng)絡(luò )、系統功能、各子系統接口、通信協(xié)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(lián)標準體系，部分終端智能化、標準化程度較低，難以實(shí)現終端功能按需定制、遠程升級、故障預警，現場(chǎng)維護成本高昂”問(wèn)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(lái)設計整個(gè)“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(guān)鍵操作，實(shí)現數據源、關(guān)鍵操作的查詢(xún)與追蹤。解決“云端管控、數據傳輸不安全，安全事件追溯難”問(wèn)題。

4　項目效益

該項目通過(guò)“云管站控”生產(chǎn)運營(yíng)管理系統加強天然氣計量管理，充分發(fā)揮其在輸氣生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)管理中的作用，保證了中燃集團生產(chǎn)安全平穩、保質(zhì)保量、降低能源消耗和提高經(jīng)濟效益。通過(guò)輸差控制等方式在天然氣供應過(guò)程中對損耗量進(jìn)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(guò)場(chǎng)站監控分析及調整、應急指揮，使整個(gè)系統保持平穩狀態(tài)，為用戶(hù)提供高質(zhì)量的供氣服務(wù)，保障輸配系統安全運行。通過(guò)數據深入分析，實(shí)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(shí)，基于云平臺架構，融合過(guò)程控制、用氣管理和生產(chǎn)調控，集成GIS系統、巡檢系統、閥井系統等各類(lèi)業(yè)務(wù)子系統，實(shí)現了一體化管理；提供了國密安全技術(shù)，滿(mǎn)足等保安全要求；統一化云平臺管理，集團上下一致，及時(shí)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(yíng)管理平臺為安全生產(chǎn)管理生態(tài)中不可或缺的重要節點(diǎn)，應用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)消息隊列技術(shù)，結合工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)二級節點(diǎn)，通過(guò)高效的物聯(lián)設備采集，實(shí)現萬(wàn)物互聯(lián)的工業(yè)大融合，對海量設備進(jìn)行指標實(shí)時(shí)采集、異常判斷、安全告警提醒。并通過(guò)邊緣計算，為用戶(hù)提供大數據趨勢分析，賦能用戶(hù)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(xiàn)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(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)數字化轉型的助力者，為中燃集團各場(chǎng)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(guò)與企業(yè)內SCADA系統、地理信息系統、智能巡檢系統實(shí)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(lái)新的整合、集成需求，為集團接入更多的設備和區域場(chǎng)站系統，實(shí)現集中式、規?；\營(yíng)的目標，降低企業(yè)運營(yíng)成本，提高運營(yíng)效率，有效推進(jìn)燃氣企業(yè)智慧調度系統規?；ㄔO和運營(yíng)的戰略目標落地。

作者簡(jiǎn)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(jīng)理，主要從事自動(dòng)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，現就讀于廣東工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，主要研究方向為工業(yè)云操作系統和智能制造生產(chǎn)管控系統。

王煒松（1993-），男，廣西人，學(xué)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(lián)網(wǎng)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(xué)士，高級工程師，自動(dòng)化、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)家，現就職于中燃集團數字化發(fā)展事業(yè)部富地紅華動(dòng)力（武漢）有限責任公司，專(zhuān)注于自動(dòng)化建設及工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品技術(shù)研究和應用。

摘自《自動(dòng)化博覽》2024年10月刊