【论文精选】基于物联网的阴极保护远程监控系统
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GAS-HEAT1978
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作 者： 李达江
第一作者单位：佛燃能源集团股份有限公司
摘自《煤气与热力》2022年10月刊
参考文献示例
李达江 . 基于物联网的阴极保护远程监控系统 ［J］. 煤气与热力， 2022，42（10） ：B38-B40.
1 概述
2020 年我国长输油气管道长约 15 × 10 4 km ，是国家经济发展的重要基础设施，同时由于埋地管道的隐蔽性，给安全生产带来了一定风险。“防腐层 + 阴极保护”是油气管道腐蚀防护通用的一种经济有效的方式。其中，阴极保护是一种动态的防腐方式，随着腐蚀环境变化，其效率可能发生很大改变，阴极保护甚至变成一种破坏方式，因此需要定期对阴极保护系统参数进行测试，并及时根据测试结果调整系统。传统人工巡检方式已无法解决高压输电线路、轨道交通等带来的杂散电流干扰问题，因此对阴极保护系统实时监控和进行完整性评价迫在眉睫。
为应对日益严重的杂散电流干扰问题，肇庆佛燃天然气有限公司对管辖区域内的厂站和管道安装了基于物联网的阴极保护远程监控系统，通过对测试点的远程监控，实现对全区域厂站和管道腐蚀状况的动态分析。工作人员可以通过公用网络，随时随地掌控该阴极保护远程监控系统，同时收集的数据也成为管道完整性管理的重要组成部分。
2 基于物联网的阴极保护远程监控系统
基于物联网的阴极保护远程监控系统（以下简称阴极保护远程监控系统）由远程监控端、云服务器、数据库和 PC 端云平台管理软件组成。远程监控端主要由电池、数据采集器、 GPS 模块、物联网模块组成。数据采集器采集管道实时阴极保护数据， GPS 模块采集远程监控端的位置信息，这 2 部分信息打包处理后通过物联网模块上传至云服务器。云服务器位于云平台上，数据库位于云服务器内，系统使用中国移动物联网 ONENET 平台为云平台。云服务器将接收到的数据解包处理后存储到数据库内，供 PC 端云平台管理软件调用。 PC 端云平台管理软件安装于阴极保护系统管理人员的电脑（称为监控电脑）上，管理人员可通过 PC 端云平台管理软件调用数据并分析处理，判断管道的阴极保护状况。当发现某处管道电位异常时，管理人员可通过 PC 端云平台管理软件对指定的远程监控端发出提高采样频率或其他指令，物联网模块接收指令后，由数据采集器处理执行。
3 远程监控端
远程监控端采用低功耗设计，数据采集主要通过与管道连接的极化探头完成。极化探头实质上是参比电极与试片的集合体，试片模拟处于同样腐蚀环境下管道上同等面积漏点的阴极保护状况，通过与管道连接的试片的通电电位和瞬时断电电位表征管道的管地电位和极化电位。为使这种模拟更接近真实环境，极化探头与管道的距离应小于 30 cm ，而且极化探头不使用填包料包覆。远程监控端采集恒电位仪或牺牲阳极输出电流、管道交流感应电压，以反映阴极保护系统的工作状态。
远程监控端的电路主要由数据采集电路、运算放大电路、模数转换电路、数字控制电路组成。数据采集电路主要用于管道交直流电压、电流等信号的采集，运算放大电路主要将采集到的微弱信号进行放大，模数转换电路主要对采集信号进行模数转换，数字控制电路对继电器通断电路进行控制和对数据采集电路参数进行配置。远程监控端安装于管道附近，通过太阳能电池供电，被检测信号通过数据采集电路完成采集后，由物联网模块发送出去。
数据采集电路处理的数据主要有直流和交流两类，通过数据采集电缆接到管道、参比电极和试片上，管道上的交直流信号汇入数据采集电路输入端。对于直流模拟信号，为避免信号对数据采集电路造成损坏，数据采集电路输入端使用高精度电阻对输入信号进行分压，同时串入一个限流电阻。根据数据处理需要，设置合适的运算放大器放大倍数，通过运算放大器将直流模拟信号放大后，送入模数转换器；对于交流模拟信号，经转换器将交流数据转换成有效值数据后送入模数转换器。
完成数据采集放大和转换后，数据被送入数字控制电路进行处理。通过参数设置对数据采集电路的分压和放大倍数进行补偿后，得到真实的采样数据。数字控制电路将数据通过物联网模块传输至云服务器。
4 中国移动物联网 ONENET 平台
中国移动物联网 ONENET 平台具有低延时、高并发及高性能的时序存储架构特性，可以支持多个远程监控端同时接入，且能够存储大量数据，这就保证了在调整远程监控端采集频率时，不用担心因采集频率过高导致数据量过于庞大，同时也能延长历史数据的保存时间，为之后数据分析打下基础。中国移动物联网 ONENET 平台支持多种方式及协议接入，当有需要时可以采用内网传输的方式保证数据传输的安全性。
5 PC 端云平台管理软件
基于中国移动物联网 ONENET 平台开发了 PC 端云平台管理软件，将软件部署到监控电脑上，管理人员能够通过软件实时对远程监控端进行控制及数据处理。 PC 端云平台管理软件每日生成一份 Excel 报表，以微信 PDF 文件方式通过互联网发送给管理人员，每月存储一份数据库文件备查。在监控电脑上可以通过该软件实现查看地图、数据表以及进行数据绘图。 PC 端云平台管理软件管理界面见图 1 ，发送给管理人员的微信文件见图 2 。
图 1 PC 端云平台管理软件管理界面（软件截图）
阴极保护电流分布及电位测量
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