長輸管道陰極保護監測與診斷系統引言長輸管道陰極保護是管道日常管理的重要工作內容，主要包括兩個方面的工作，既陰極保護運行數據的采集和陰極保護運行數據的分析。長期以來，由于線路長、監測點分散、交通不便，監測工作實施與管理難度高，工作量大，為此，國外在上世紀70～80年代首先開始進行遠程監測方面的研究，主要采用的技術方案是飛機遙測和衛星通訊遙測，這些技術的運用，在一定程度上，達到了提高監測效率，降低勞動強度的目標，但高昂的數據采集成本限制了此類技術的應用。在數據分析方面，美國環境總署曾經組織了有關的專家，建立一套陰極保護系統的運行維護軟件，該軟件包括：腐蝕防護的教育和智能性專家診斷系統，可實現數據記錄、智能性專家診斷、設備查詢、日常管理確定敏感地區的管道位置，以便發生故障時，及時提供相關的詳細資料。同時也可提供管道事故的預警信息。便于管理部門及時準確的了解有關的陰極保護信息，也便于具體執行人員的自檢和系統陰極保護的信息積累。陰極保護技術具有較強的專業性，當前國內管道管理部門的陰極保護專業工程技術人員不足，而需要管理的管道卻在不斷增加，因此，通過采用新技術手段，提高陰極保護管理的水平成為發展的必然。1長輸管道陰極保護監測與診斷系統架構陰極保護在線監控專家系統是一套面向陰極保護領域的無線遠程智能在線監控和專家決策支持系統。該系統以地理信息系統（GIS）為管理平臺，以SQLSERVER數據庫作為系統統一的數據庫，以公共無線數據通訊方式（GPRS/GSM）和其他有線通訊方式相結合的方式為數據傳輸手段，以低成本的方式實現遙測和遙控；該系統實現了對管道等被保護體保護狀況的在線檢測，同時可以通過遠程監控方式隨時監視并調整恒電位儀的工作狀態，配合陰極保護在線監控專家系統進行輔助分析，可以使得整個陰極保護系統處于最佳的工作狀態，最大限度的起到保護的作用。1）系統工作流程用戶通過GIS應用程序提供的電子地圖、圖表和報表，可以直觀的觀察到管道沿線保護情況，同時可以通過專家系統進行輔助決策，幫助用戶分析陰極保護系統中相關部分故障的原因和應對措施。恒電位儀數據通過有線通訊方式，利用用戶原有通訊網絡傳送到異地的中心機房服務器，最后通過服務器中對應的后臺服務程序完成數據處理。對于沒有有線通訊條件的恒電位儀，其數據通過GPRS無線通訊方式進行傳輸。智能電位采集終端將采集的電位數據通過GPRS無線通訊方式傳送到INTERNET網上，通訊協議采用TCP/IP，數據通過INTERNET網傳送到服務器中，最后通過服務器中對應的后臺服務程序完成數據處理。后臺服務程序在數據處理時，同時完成數據的存儲、通訊和與GIS系統的信息交換工作。在GIS系統不工作時，可以實現自動的數據接受和信息下發功能。滿足數據采集無人的要求。圖1系統軟件架構示意圖詞圖2系悉統拓撲結構斜示意圖責2）系統構壽成辣管理中心服維務器系統軟件：完球陰極制保護遠程監攝控達專家忌系統軟件塊閑燦妖1套舊栽Wi討ndows笨Seve榜r200禾3喚齒庭摔棍握秧1套開柜SQ興LSeve亡r2023嫂哪練應速產畜究1套硬件：辯蘿服務毛器滿松洋嗓怒糠蝴加界1臺弄竟1個童Inter乏net靜態凈IP地址的絲寬帶接入營侄1條（G紀PRS通訊庸）迅短信接收模旗塊及短信中捉心卡誦托莫1套（G臂SM通訊）曉陰保站恒電趙位儀系統詠每個陰極保外護站需要配瓶備一套陰極否保護電源系仆統，每套陰騰極保護電源某系統由如下校設備構成：龍填IH婦F數控高頻醉開關恒電位針儀齊杜載游2臺碌征YH托S-1控制肚柜燦膽此秘獵暫尺1臺枯恒師電位儀通訊鴨轉換器視現努場情況確定巾。寧智能電位采掛集系統壇每個電位采午集點需要配豐備一套智能倉電位采集系匠統，每套智偽能電位采集裙系統由以下洪設備構成：炎蛾智能保電位采集儀梅顆拿竟犬很估1臺旺克長效希參比電極對插錢賽挑藏銅1只嗽墻水泥個樁或鋼樁調絮箏盤仗額炮1個聽2膀長輸管道陰壺極保護監測累與診斷系統獸主要功能凝陰極保護在些線監控專家困系統結合偏地理信息系幣統（悶GIS彎）猛技術、逆專家系統（蠻Prolo菌g餃）泊技術、無線才通訊窄（GPRS踢/GSM）速技術和數據掠庫技術，實帳現了被保護葡體及其附屬弊設施的維護附、終端設備寶的遠程監控沒和遙控、圖掩形化的管理堆、數據的查暫詢與分析以葵及對出現的叉故障進行診飽斷等功能。兩在線監控專唇家系統的主家界面如下圖茫，從界面中淹可以直觀的族查看管道的假走向、設備鋒的位置以及紋異常檢測點趣的特殊顯示慘，從而有利貧于及時掌握時陰極保護的落運行情況。亭圖摟4帥陰極保護在湯線監控專家羅系統主界面稿其主要功能粱包括：廉專家診斷系釀統資系統內部集食成的陰極保徹護專家系統沒，能夠在充酬分利用監控注數據的基礎漠上，有效地蟲對陰極保護反運行過程中粗出現的問題東進行診斷，款并給出故障投發生的原因航和相應的處菠理意見，從顛而給故障排砍查和維修提漆供了依據，凱提高了科學稿性和準確性困。礎圖柔4攔在GIS界示面直接調用什專家診斷功稻能央圖輔5方統計可查詢界面中誓關聯診斷功名能唇圖磚6獵圖形返對比診斷界饒面定圖辱7突故障余診斷界面還圖飲8響故障泉診斷報告化報警功能及揀動態響應憑設備自動上圈傳的數據，吸管理軟件自甜動檢測報警庭狀態，當超金出限定值時殿，標記該記敵錄為報警記尾錄，同時在弊電子地圖中溝相應的設備帳圖標標記為澤紅色，以警梅示管理者對秘該監測點附酒近管道的運凱行情況進行交排查。潔數據匯總統浸計萬系統提供了持對歷史數據誕的報表統計說和圖表統計瓣的功能，圖既表分為時間來圖表和里程嘆圖表。時間硬圖表反應某柔檢測點電位柱的歷史變化聲情況，里程榴圖表通過管盤道沿線各監井測點的數據島能夠反映整趟條管道保護兆效果的變化嗓趨勢。雕圖份9智智能雕電位采集儀伯保護電位-劇時間圖表溪圖插10腎智能堂電位采集儀丙交流干擾電價壓-時間圖鳴表逐圖1迫1誠恒電久位儀輸出電華壓、電流、廈保護電位綜框合圖表貿圖1帖2善管道歷沿線保護電段位-里程圖顛表猜圖1似3閥管道曾沿線恒電位袍儀輸出電壓姜-里程圖表刮設備監控管角理帆以管道、管材段的分類方色式對設備進瓦行分組管理強，實現設備仇信息的維護再，設備包括鞠智能采集儀朋、恒電位儀繭、犧牲陽極待、普通電流鼠樁、普通電廈位樁等，其它中能對智能帝電位采集儀謙和恒電位儀給進行遠程遙家控，遠程控初制命令包括棍設備對時、咐參數設置、滔即時采樣、肝采樣時間設戴置等。燭地理信息擠系統平臺盤地理信息包逃括地圖的基浙本操作（地沸圖縮放、移膏動、面積和電距離測量、皺圖元設備的濤選擇和移動低等），管道度的繪制、監監測設備的選灑擇及注釋信順息的維護等徒功能；屬性濃信息包含操誦作員管理、取權限管理、械基礎數據管榮理等功能。般陰極保護日逝常記錄維護戴系統中提供識了常數管線杠日常維護記摩錄的錄入和窗保存功能，頁如管道防腐摘層絕緣電阻驚檢測記錄、牛管道防腐層短大修記錄、柜土壤理化性妹分析記錄等控，通過查詢岡、分析日常恒記錄能進一拾步掌握管道抄的運行情況王。憂系統操作日咱志維護臭提供了操作摘員的操作日稻志和設備的貸通訊情況日林志，便于系揚統的維護和腐對操作員的辟監味督。云管道保護電鑒位監測降——欲智能電位采美集儀品智能電位殖采集異儀應用了無節線通訊技術熄、低功耗技侵術，實現了勺管道保護電簽位的自動檢思測、數據采終集與傳輸。熟支持GPR連S、GSM保無線數據通商訊方式獅。發每天定時自肚動采集和上燦傳數據堅，施支持數據存果儲交。甜支持連續檢蝕測，采樣頻腳率達到1條津/秒，能夠紅有效檢測雜擔散電流干擾辛。尼支持斷電測化試檢測，采抱樣頻率達到紋30條/秒悶。投低功耗設計扁，咱設計指標沙10歐年內無需更鐘換電池泡。桌穩定可靠，透主機允許埋蕩地或在水下矛使用伐。核現場安裝形州式多樣，滿買足防盜需要爺，測試樁形擋式有水泥測撐試樁和鋼管您測試樁魔。收安裝方便，拔免維護密。合圖1敘4咱智能架電位采集儀扶及其德在西二線和鎖川氣東送蠶現場安裝圖濕恒電位儀遠蟻程監控道——朋IHF數控梅高頻開關恒汗電位儀尼IHF數控擊高頻開關恒檢電位儀的主什要功能特點去如下：恰采用賄全數字控制晨高頻開關電痛源技術籍。議數字通訊接皮口，易于聯腸網和遠程監頑控口。們中文液晶顯暢示，操作簡藥便邪。亮工作參數自雖保持，可實敬現無人值守懷。乘控制精度高桑，工作范圍請寬枝。躲流經參比電造極電流小，溜參比電極抗始干擾能力強燦。拜體積小、重仰量輕，約為市相控電源的缺1/5背。想整機效率較和高，效率較抽可控硅提高部20％以上親。贏電網適應能買力強，環境孤適應性較好婦。忽使用維護方技便。粘3巨陰極保護監步控與診斷系分統辦關鍵設計為1）系統總守體設計辣系統總體架燒構采用B/撒S架構，數么據庫采用S宴QLSER處VER，地母理信息系統鼻采用ARC眼GIS，專迎家系統采用穿PROLO腫G，開發工駝具采用VC券.NET。鳴總體設計的閥關鍵要點如逗下：順將在線監控重系統的數據速（恒電位儀裝、智能電位遮采集儀等）遠隨時體現在動用戶使用操機作的GIS效平臺上，將怨靜態的GI嬌S系統，提庫升為動態系嗎統，滿足使荷用與管理的宴需要。實現命這一目標，報是通過設計拋專用的后臺耍服務程序，陪在完成數據壓通訊的同時白，冷動態刷新G模IS信息，磁將在線監控揪數據及時呈梨現給用戶。級專家系統與房在線監控系個統的整合，交是系統總體身架構設計的昆另一個關鍵繳。專家系統民診斷功能是竄否方便，直暮接關系到系棵統的易用性今。在系統設顧計時，提供棚多個專家系撥統的診斷入斥口，慌一是從用戶很使用的GI答S平臺上提疫供診斷入口妖，二是從系儉統的統計圖討表及報表上奧提供入口。潮這兩種入口頃，均可以將斤管道現有相解關信息直接拔帶入專家診舟斷過程中，潛診斷效率高脖，操作簡便嚴。三組是相對獨立純的診斷入口成，診斷岔所需信息全懂部需要手工規輸入，該方妖式十分靈活廢，不僅可以皮診斷本管道往的問題，也屋可以分析診腰斷其他管道叫的信息。濫2）專家診戒斷系統設計可本項目專家矛系統采用P歲ROLOG草開發平臺，梢總體架構采胖用經典的專搭家系統架構堅，如下圖所飾示：怎圖1遣5銳專家置系統結構示拴意圖冊考慮到PR評OLOG語著言的特點，鵝結合本系統殖的要求，系只統呈現在用掘戶面前的內纏容主要包括壽：知識維護拌、故障診斷六、故障統計熊三個主要部闖分，其余的溉推理機、解閣釋器、知識鵝獲取過程等沖，均在軟件壓內實現稀。它本系統通過際知識維護模稿塊來獲取知嘗識，通過對銅現象、故障膜、條件的維拾護來豐富知莖識庫并設定留知識庫中的桐規則；現象可由故障組成皂，故障由條錄件來判斷其倡是否發生。飾故障診斷模宅塊是對故障冰進行診斷，逐通過專家系以統的提問以誘及用戶的回甘答，來匹配估知識庫中的崖規則，從而橋確定故障是謀否發生。診傭斷時，根據披現場的實際巧情況，先選綿中一條知識惠庫中已經維張護好的現象挎，然后增加湯一條診斷記革錄。診斷記敏錄增加后可侍以進行診斷域，根據系統錢的提問用戶湖進行回答，公最后得到可茶能發生的故概障。依故障統計模第塊中通過對草已經診斷的暈故障進行確欣認，來統計起故障發生的疏概率。確認棄方式是當現腦象被診斷后北會得到可能顛發生的故障粱，用戶在現欲場實際排查秩故障時，如號果通過專家籃系統診斷確斷認的故障發貍生了，那么臘用戶需要在帽專家系統里譽面對故障進販行確認，從惡而專家系統蘇可以積累診釘斷經驗。專家系統專家系統知識維護故障診斷故障統計現象維護故障維護條件維護故障確認故障正確率統計增加診斷監控系統診斷過程保存故障連圖1蹈6謹專家噴系統絮界面架構破示意圖雕3）牲專家系統知參識庫設計老知識庫(K消nowle竟dgeB密ase)是脖知識工程中犬結構化，易暴操作，易利紡用，全面有辮組織的知識概集群，是針敬對某一(或涉某些)領域尸問題求解的倒需要，采用若某種(或若紛干)知識表駕示方式在計省算機存儲器樂中存儲、組昆織、管理和鞠使用的互相劈聯系的知識屑片集合。這判些知識片包核括與領域相經關的理論知漏識、事實數壁據，由專家廢經驗得到的滅啟發式知識賊，均以及常識性厘知識等。殃考慮到陰極姑保護知識的鄙特點，如何三獲取更多的賣現場經驗和榴典型案例，否是擺在項目嫂開發馬組面前的關誘鍵問題。為焰了保證系統啄開發的順利摧進行，犬由另中石化管道叨儲運分公司斷科技處牽頭垮，邀請了中稍石化、中石躺油、解放軍睬等鳥十多個貌單位的二十柔多名專家組駝成專家顧問聾團，通過會選議、函審、賄查閱科技文法獻等方式，介進行知識的舟收集整理，弓確保了凳知識整理的腦質量和覆蓋榆面，這一措矮施，為陰極架保護在線監省控專家系統窯的研制成功項，提供了有深力的保證。籌根據陰極保逢護系統的特皇點，專家最教終確定了陰駝極保護知識暢庫的知識構撿成，共有六物大類，33勇小類，75木個故障根源俱，14種典闖型故障曲線兩。六大類分偷別是渡管道喊、覽場站猜和玩閥室翁、椅自然環境聽、院外部干擾源鋒、異犧牲陽極災陰極保護擇系統厚、懸強制電流桂陰極保護街系統秤，基本涵蓋脊了長輸管道可陰極保護的螺所有方面。痛4）旨智能電位采觸集儀設計故本系統的主滑要硬件設備谷為恒電位儀腦和智能電位臟采集儀，多炊數恒電位儀腸在場站中，尤具備供電及溝通訊條件，南容易實現遠黨程監控。管殘道沿線電位著采集現場則席不具備這些怕條件，因此檔，智能電位艷采集儀的設所計是系統硬俊件設計的關顆鍵環節。松智能電位采木集儀設計的暑關鍵是電源蹦和通訊。泛管道沿線沒摘有電源，采囑用太陽能供綁電，容易損罩壞和丟失誤，因此，采釋集儀最終選灰用了腸“宜一次性電池摩供電＋低功鍋耗賤”藥設計方案，腥在待機狀態凱下，功耗小需于10微安忍，電池選用狡一次性高能墓電池，工作薪壽命超過1催0年。呼管道沿線沒批有有線通訊珍條件，采用厚飛機遙感或穿衛星通訊費湖用較高，采耗用微波通訊楊可靠性無法祖保證，且頻駛率資源申請掃困難，目前姨公共無線通敵訊覆蓋范圍預很廣，大多僅數管道途徑虹區域均有無芒線信號，因灣此，最終選偶擇GPRS尺/GSM無值線通訊方式虧作為采集儀督通訊手段，棄較好的解決仿了數據通訊披的問題。4小結俱陰極保護在波線監控專家腹系統實現了盤對管道等陰極父保護狀況的貼在線資監測漲，監測人員屬可以在室內聾通過電子地棉圖實時地查南看設備的狀輪態、位置、鴿周邊環境以亡及相關的管挪道狀況，并隸可根據實際谷情況遠程調美整恒電位儀殊的工作狀態版。配合專家鉤系統，可以堵對陰極保護濤的狀態及故鹿障進行診斷渣分析深，釀并給出處理珍意見。本系勞統采用網絡梳架構，部門旅領導可同時鴨在線查看整屈個系統的運正行情況，對豆運行數據的奶查詢可形成障各種統計圖么表和統計報西表。拿針對管道陰爆極保護管理韻的需要，本勤系統主要解遵決了如下問北題：塔（1）全線富陰極保護統撞一、集中管椅理觸——匆使專業人員餡專注于專業鈔事務茫陰極保護在前線監控專家瀉系統是一套賀集設備監控亭、數據自動密采集、數據業自動存儲、雁數據查詢、僚故障診斷于蠟一體的管理硬系統，便于伶管理單位的況