技术领域
[0001] 本
发明涉及一种远程监控系统，具体涉及一种基于DTU通信的埋地油气管道阴极保护远程监控系统，属于管道电位监控技术领域。
背景技术
[0002] 随着社会的进步与国家油气工业的发展，埋地油气管道所承载的油气运输任务越来越重要，运输量越来越多，管道铺设的规模也越来越大并且越来越复杂。油气长输管道的铺设地区大多偏远，而阴极保护对管道的保护至关重要，所以日常的人工巡线、电位采集、设备检修等工作必不可少，这些工作耗费了大量的人
力、物力和时间，并且：
[0003] (1)人工监测电位并通过手动调节电位来对管道进行保护，没有考虑
温度、
土壤环境等时变因素对管道的动态干扰；
[0004] (2)保护时效性差，不能及时发现问题，导致损失惨重；
[0005] (3)整个过程人工监测、调整，难免因为人员监测采集技术差异造成数据不精准，影响保护效果。
[0006] 为解决上述问题，有些企业开发了埋地油气管道阴极保护自动监控系统，其基本结构如图1所示。然而，这种自动监控系统在实际使用中存在以下一些问题：
[0007] (1)
数据采集装置与阴极保护站之间通过复杂的走线进行连接，不能实现大范围的实时监控；
[0008] (2)没有数据备份功能，需要人工导入保护电位，
输出电压、
电流等数据，工作量比较大；
[0009] (3)电位的调节采用传统的手动调节，无法实现自动化调整电位；
[0010] (4)此类系统仍为小范围监控系统，无法实现大区域管网阴极保护的监控。
发明内容
[0011] 为解决
现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可以实现大范围的远程实时监控、具有数据备份功能并且节省人力物力的基于DTU通信的埋地油气管道阴极保护远程监控系统。
[0012] 为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
[0013] 一种基于DTU通信的埋地油气管道阴极保护远程监控系统，其特征在于，该远程监控系统包括：
恒电位仪、数据采集模
块、DTU通信模块、
数据中心和远程监控终端，其中：
[0014] 前述数据采集模块包括：微
控制器、
定位编码的测试桩和多个埋设在长输管道沿线测试桩处的外围
传感器，定位编码的测试桩和外围传感器均通过串口通信与
微控制器连接；
[0015] 前述恒电位仪埋设在管道各通电点处，通过串口通信与微控制器连接；
[0016] 前述DTU通信模块通过串口通信与微控制器连接，通过无线通信与数据中心连接；
[0017] 前述数据中心通过无线网络通信与远程监控终端连接。
[0018] 前述的基于DTU通信的埋地油气管道阴极保护远程监控系统，其特征在于，前述外围传感器包括：土壤温度传感器、土壤
湿度传感器、土壤pH传感器和管道参比电位传感器。
[0019] 前述的基于DTU通信的埋地油气管道阴极保护远程监控系统，其特征在于，前述微控制器通过RS485总线与DTU通信模块连接。
[0020] 前述的基于DTU通信的埋地油气管道阴极保护远程监控系统，其特征在于，前述DTU通信模块由通信处理器和无线模块构成，其中，通信处理器用于将微控制器上传的原始数据转换成TCP/IP数据包以及将远程监控终端发出的控制指令转换成串口数据，无线模块用于将TCP/IP数据包通过公用运营商网络传送至数据中心以及通过公用运营商网络接收远程监控终端发出的控制指令，整个DTU通信模块以嵌入式实时
操作系统为
软件支撑平台，提供RS485
接口，事先配置参数配置，并且将配置好的参数保存在内部的FLASH
存储器内，DTU通信模块向数据中心发起TCP/UDP通信
请求，在得到数据中心的响应后进行数据双向通信，并保持这个通信连接一直存在，如果通信连接中断，则启动心跳包功能，心跳包功能用于保证DTU通信模块立即重新与数据中心连接。
[0021] 前述的基于DTU通信的埋地油气管道阴极保护远程监控系统，其特征在于，前述数据中心由固定IP地址的
服务器和
数据库构成，数据中心用于对整个系统的通信数据进行数据管理、数据储存和数据分析。
[0022] 前述的基于DTU通信的埋地油气管道阴极保护远程监控系统，其特征在于，前述远程监控终端由嵌入式实时操作系统和GIS系统构成，整个远程监控终端将MapX控件集成到组态软件，通过
修改控件属性、调用数据库的数据实现测试桩
位置可视化、电位异常可视化。
[0023] 前述的基于DTU通信的埋地油气管道阴极保护远程监控系统，其特征在于，前述嵌入式实时操作系统是远程监控终端实现数据监控与发送指令的管理平台，也是数据中心的
访问入口，采用账号密码登录，各管线阴极保护
站点采用独立账号，分段监控保护，并且针对不同权限的用户，对访问配置访问权限。
[0024] 前述的基于DTU通信的埋地油气管道阴极保护远程监控系统，其特征在于，前述GIS系统在定位编码的测试桩以及操作软件的支持下，将各测试桩的地理分布
数据可视化呈现，第一时间方便监控人员明确需要调整电位或发生保护异常的管道位置。
[0025] 本发明的有益之处在于：
[0026] (1)以DTU通信模块代替传统的复杂的走线数据传输，故监控系统不再受距离限制，所以可以实时的、远距离的传输
信号，实现大范围的实时监控；
[0027] (2)数据采集模块以微控制器为核心，外围传感器实施采集，所以能够高
精度的采集埋地油气管道各处电位和pH值，并且微控制器还创造了接收数据和发送指令的条件；
[0028] (3)恒电位仪在
微处理器的控制下实施保护电位调整，能够有效的实时校正电位，极大程度地提高对埋地油气管道的阴极保护效率；
[0029] (4)增设数据中心，并且数据中心具有数据备份功能，不再需要人工导入通信数据，大大减少了工作量。
附图说明
[0030] 图1是现有的埋地油气管道阴极保护自动监控系统的组成示意图；
[0031] 图2是本发明提供的基于DTU通信的埋地油气管道阴极保护远程监控系统的组成示意图；
[0032] 图3是图2中的数据采集模块的组成示意图；
[0033] 图4是图2中的DTU通信模块的数据传输图；
[0034] 图5是图2中的数据中心的运行
流程图。
具体实施方式
[0035] 以下结合附图和具体
实施例对本发明作具体的介绍。
[0036] 参照图2，本发明提供的埋地油气管道阴极保护远程监控系统，基于DTU通信实现远程监控，该远程监控系统包括：恒电位仪、数据采集模块、DTU通信模块、数据中心和远程监控终端。
[0037] 1、数据采集模块
[0038] 数据采集模块包括：微控制器、定位编码的测试桩和多个埋设在长输管道沿线测试桩处的外围传感器，定位编码的测试桩和外围传感器均通过串口通信与微控制器连接，同时定位编码的测试桩还可以在人为例行检修时实现人工检测电位。
[0039] 微控制器主要是用来实现DTU通信模块与管道之间以及DTU通信模块与恒电位仪之间的信息交换的，微控制器通过串口通信分别与DTU通信模块和恒电位仪连接。
[0040] 定位编码的测试桩能够提供其所在的测试桩的地理位置信息(即测试桩定位码)，定位编码的测试桩通过串口通信与微控制器连接。
[0041] 参照图3，外围传感器包括：土壤温度传感器、土壤湿度传感器、土壤pH传感器和管道电位传感器，各路传感器通过串口通信与微控制器连接。
[0042] 2、恒电位仪
[0043] 恒电位仪埋设在管道各通电点处，通过串口通信与微控制器连接，其安装数量与微控制器的数量保持一致。
[0044] 恒电位仪通过比较取样信号和
控制信号，可以实现控制并调节电压输出，使通电电位得以保持在设定的控制电位上。
[0045] 3、DTU通信模块
[0046] DTU通信模块通过串口通信与微控制器连接，通过无线通信与数据中心连接。
[0047] DTU通信模块由通信处理器和无线模块构成，其中，通信处理器用于将微控制器上传的原始数据转换成TCP/IP数据包以及将远程监控终端发出的控制指令转换成串口数据，无线模块用于将TCP/IP数据包通过公用运营商网络传送至数据中心以及通过公用运营商网络接收远程监控终端发出的控制指令。
[0048] 整个DTU通信模块以嵌入式实时操作系统为软件支撑平台。DTU通信模块提供RS485接口，可直接连接串口设备。DTU通信模块必须事先配置参数配置，并且将配置好的参数保存在内部的FLASH存储器内。DTU通信模块预先知道数据中心的IP地址，能够利用公用运营商网络为监控人员提供无线长距离阴极保护数据传输。DTU通信模块采用高性能的端口号，向数据中心发起TCP/UDP通信请求，在得到数据中心的响应后，DTU通信模块即认为与数据中心连接成功，就可以与数据中心进行数据双向通信了，然后就保持这个通信连接一直存在，如果通信连接中断，则启动心跳包功能，心跳包功能将保证DTU通信模块立即重新与数据中心连接。
[0049] DTU通信模块的数据传输过程如图4所示。DTU通信模块将RS485串口上的原始数据转换成TCP/IP数据包，然后通过公用运营商网络传送至数据中心，这个过程不需要改变原有的数据通信内容。DTU通信模块通过数据中心与远程监控终端形成信息交互。
[0050] 4、数据中心
[0051] 数据中心由固定IP地址的服务器和数据库构成，数据中心用于对整个系统的通信数据进行数据管理、数据储存(把需要保存的数据储存到数据库中)和数据分析。
[0052] 数据中心将得到的数据结果和测试桩定位码一起通过无线网络发送到远程监控终端，与远程监控终端实现数据传输，远程监控终端也可以依据需求对存储在数据中心的相关的数据进行调用。
[0053] 数据库的开发平台采用SQLServer。此关系型
数据库管理系统具有使用方便、可伸缩性好、相关软件集成程度高、安全性好等优点。此数据库的应用，对于管理阴极保护装置运行状态和性能的数据起到关键的作用。同时，为存放管线信息和参比电位历史记录数据，需建立完善的数据库，远程监控终端与各站点站控系统都需要阴极保护数据的历史记录进行分析与决策，此共享化数据可以通过建立数据库实现。另外，整个远程监控系统长期运行也会产生重复的数据，数据量庞大，合理的设计可以有效的减少数据
冗余度以优化整个系统的性能。
[0054] 数据中心的运行流程如图5所示。此处，管道数据包括：实时土壤温度、实时土壤湿度、实时土壤pH值、实时管道参比电位以及远程监控终端反馈回来的控制电位信息。数据中心收到管道数据后，将管道数据进行处理分析，然后分别将可用的实时土壤温度、实时土壤湿度、实时土壤pH值、实时管道参比电位由远程监控终端显示，将必要的数据进行储存，远程监控工作人员根据管道环境变化情况判断是否需要调整管道给定电位值，并由数据中心反馈至DTU通信模块，由微控制器接收并控制恒电位仪输出有效保护电压，
调节管道电位至有效保护电位范围，即：-0.85V～-1.2V。
[0055] 5、远程监控终端
[0056] 远程监控终端由嵌入式实时操作系统和GIS系统构成。
[0057] 嵌入式实时操作系统是监控终端实现数据监控与发送指令的管理平台，也是数据中心的访问入口，采用账号密码登录，各管线阴极保护站点采用独立账号，分段监控保护，并且针对不同权限的用户，对访问配置访问权限。
[0058] GIS系统在定位编码的测试桩以及操作软件的支持下，将各测试桩的地理分布数据可视化呈现，第一时间方便监控人员明确需要调整电位或发生保护异常的管道位置。
[0059] 整个远程监控终端将MapX控件集成到组态软件，通过修改控件属性、调用数据库的数据实现测试桩位置可视化、电位异常可视化。
[0060] 本发明提供的基于DTU通信的埋地油气管道阴极保护远程监控系统是一个分布式监控系统，其可以实时采集各管线测试桩处的土壤温度、土壤湿度、土壤pH值以及埋地油气管道的参比电位，然后利用运营商网络进行数据传输与反馈。该远程监控系统的工作过程如下：
[0061] 埋设在长输管道沿线测试桩处的外围传感器检测埋地油气管道所在位置的土壤环境(例如：土壤温度、土壤湿度、土壤pH值)，微控制器通过串口通信将外围传感器采集到的数据信息传输给DTU通信模块，DTU通信模块通过无线传输将通信数据发送至数据中心，数据中心对通信数据进行数据分析并将得到的数据结果发送到远程监控终端，同时把需要保存的通信数据储存到数据库中，远程监控终端通过对数据结果进行再次的处理分析，发出相应的控制指令，控制指令通过无线传输至各阴极保护站内的DTU通信模块，DTU通信模块将接收到的控制指令数据发送至微控制器，微控制器控制恒电位仪输出合适的电压以调节参比电位。
[0062] 可见，埋地油气管道、数据采集模块、远程监控终端和恒电位仪构成了一个闭环调节系统。
[0063] 整个远程监控系统支持多用户使用，嵌入式实时操作系统作为数据中心的访问入口，不同权限的用户，对访问进行配置访问权限，账号密码登录，各管线阴极保护站点采用独立账号，分段监控保护，在分布式监控的
基础上更具灵活性。
[0064] 经实际使用测试，本发明提供的基于DTU通信的埋地油气管道阴极保护远程监控系统时效性高、使用方便、使用寿命长、安全可靠、数据分类清楚且数据安全、方便实现阴极保护数据的远程传输和集中处理，有效提高了埋地油气管道的防腐能力。
[0065] 随着5G时代的来临，也就是工业互联网时代的来临，基于运营商网络的通信方式必定会成为未来工业通信的关键。
[0066] 需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
