西氣東輸管道公司南京計量測試中心建有中高壓 mt 法原級-臨界流文丘里噴嘴法次級-渦輪工作級一套完備的量值傳遞與溯源體系［1 － 2］，其所轄南京、廣州、武漢三地計量檢定室承擔著西氣東輸管道公司和國內華東、華南及華中地區(qū)的中高壓天然氣流量計檢定任務。由于地理區(qū)域跨度大，檢定業(yè)務開展、信息共享及收集的難度較大，帶來管理上的諸多不便。隨著人工智能、大數據、虛擬現實技術的迅猛發(fā)展［3 － 5］，國際kao_qian的管道公司已經啟動數字孿生體與工業(yè)互聯(lián)網建設，南京計量測試中心緊隨技術發(fā)展趨勢，開展了一系列天然氣計量檢定智能化研究工作，實現智能化技術與檢定業(yè)務的交互融合。 1 計量檢定自控系統(tǒng)計量檢定自控系統(tǒng)包括站控系統(tǒng)、檢定系統(tǒng)、數據中心以及檢定管理平臺等，是智能化建設的重要載體［6 － 7］。

 

 

        站控系統(tǒng)用于現場工藝控制，包括檢定相關參數采集、工藝及控制閥門、關鍵點參數，報警提示。檢定系統(tǒng)主要包括檢定服務器、檢定操作工作站，負責對檢定數據進行處理、計算、量值確認、報表，與站控系統(tǒng)實時通訊。數據中心主要由串口服務器、工業(yè)計算機、FF 總線采集器等設備組成，負責對計量檢定標準流量計、核查流量計、差壓變送器、溫度變送器、壓力變送器以及被檢流量計流量、溫度、壓力、在線色譜分析儀等的現場測量信號的采集、處理，對站控系統(tǒng)及檢定數據進行存 儲、處 理、計 算、量 值 確 認。檢定管理平臺采用 “互聯(lián)網 + ”技術實現流量計檢定全過程管理，包括合同簽訂及下達、流量計堆棧 系 統(tǒng) 收 發(fā)、客 戶 服 務、證 書 流 轉 等 環(huán) 節(jié) 管理等。

 

        以上系統(tǒng)遵照信息安全相關要求，部署在企業(yè)內網，通過傳輸服務器外網端口實現內外網數據交換，滿足各類用戶在內、外網環(huán)境下按照授權訪問，通過多級防護保證系統(tǒng)安全。 

 

2 檢定智能化研究與應用

 

2. 1 基于數據貫通及共享的計量檢定數據中心

        基于南京、廣州、武漢 “三站一中心”的運行管理模式，結合南京分站、廣州分站獨特的業(yè)務及管理需求，按照中國石油集團公司計量發(fā)展規(guī)劃，在南京建設計量檢定數據中心，以計量檢定數據中心為基礎，逐步實現了南京、廣州、武漢三地計量檢定數據及業(yè)務向計量檢定數據中心的匯聚和高端業(yè)務集成，構建起國家天然氣領域檢定技術機構 “私有云”雛形。

 

        計量檢定數據中心架構選用虛擬化技術方案，主要由多臺虛擬機及虛擬機上的應用程序組成。軟件系統(tǒng)架構中，虛擬化平臺居于核心位置，為各個應用提供虛擬機運行環(huán)境支持。采用三層架構，上層安裝應用軟件，對數據進行統(tǒng)一管理與分析; 中間層對集群內硬件資源進行管理與分配;底層由物理服務器、交換機以及存儲設備構建資源池。在服務器中安裝虛擬軟件能夠克服服務器資源受現有資源的架設方式、地域或物理組態(tài)所限制，打破不同服務器的不可切割障礙，使用戶可以比原本的組態(tài)優(yōu)化的方式來應用服務器資源。

 

        采用虛擬化對于設計、實施、部署及今后運行維護方面存在巨大優(yōu)勢，從系統(tǒng)及數據安全性上能夠通過虛擬化技術在保證系統(tǒng)不間斷運行的前提下，實現虛擬機的無縫自動遷移，保證了系統(tǒng)的可靠性及安全性。 

 

2. 2 基于數字孿生體的智能檢定

        通過研究合理約束條件設定，采用水力仿真軟件運用工藝管線布局與運行數據、設備技術參數、檢定數據，建立站場工藝流程的局部管網、穩(wěn)態(tài)水力分析模型; 運用檢定歷史數據及實時數據，建立機器學習算法開發(fā)并訓練壓力、流量調節(jié)的智能控制器，建立檢定站優(yōu)化控制分析預測方法，實現水力仿真與智能控制器的交互運行，預期達到水力仿真與智能控制器交互預測模型精準匹配，同時與站場工控系統(tǒng)實時通訊。檢定作業(yè)需求下達至數字孿生體，通過智能控制器與仿真模型多次試驗迭代，快速實現多方案優(yōu)劣驗證與比對分析，自動計算非常優(yōu)解。非常優(yōu)解指令下達至站控系統(tǒng)啟動流程智能切換邏輯，按照檢定規(guī)程及校準規(guī)范開展檢定或校準作業(yè)。

 

        在自控系統(tǒng)，建立工藝模擬仿真模型與智能控制器，利用物理模型、運行歷史數據通過等比例情景再現真實的生產狀態(tài)，集成多物理量的仿真過程，在虛擬空間完成映射，直觀形象地對工藝流程進行數字化管理，作為控制模擬及預測輔助工具。智能控制器與工藝模擬軟件數據實時通信，共同計算控制邏輯并將調整命令發(fā)送至站控系統(tǒng)控制調節(jié)閥門邏輯操作。站控系統(tǒng)以通訊方式將數據傳遞給檢定系統(tǒng)，進行檢定數據計算，上傳至數據中心，技術路線如圖 1 所示。

 

        基于數字孿生體的智能檢定可全方位、多角度、多維度展示檢定全過程，直觀動態(tài)反映設備、區(qū)域等資源狀態(tài)，深入細化仿真數據統(tǒng)計，輔助檢定質量追溯定位問題根源。實現了智能運行、智能檢定的需求，同時極大提高檢定作業(yè)的效率。仿真模型與現實系統(tǒng)并行運行，確保與實時生產數據互聯(lián)，直觀展示設備狀態(tài)及系統(tǒng)性能，全面提升管理可視化水平，便于遠程監(jiān)控與運維。

 

 2. 3 基于大數據的生產計劃排程與動態(tài)調整

        智能檢定管理平臺能夠統(tǒng)一管理南京、廣州、武漢三地檢定業(yè)務，包括檢定計劃制定安排、合同辦理、樣品收發(fā)、檢定校準作業(yè)操作、檢定校準證書流轉等業(yè)務的過程管理。該系統(tǒng)具備在線系統(tǒng)、APP 系統(tǒng)及微信公眾號 3 種形式，可通過在線展示、文件導出、模板打印等多種方式實現數據的輸出。在制定檢定計劃時，檢定管理平臺將根據庫存流量計數量和類型，自動匹配提出結合送檢時間、流量計技術參數核算后的非常優(yōu)拆裝量方案，實現基于大數據的生產計劃排程與動態(tài)調整。

 

        在樣品收發(fā)環(huán)節(jié)，采用立體倉庫的智能堆棧系統(tǒng)，流量計輸送至入庫緩存區(qū)，人工完成組盤后，物料碼綁定，系統(tǒng)分配庫位，通過貨型檢測的物料由堆垛機搬運至指定貨位。立體倉庫系統(tǒng)中采用負載均衡，先進先出的策略優(yōu)化倉儲管理，使整個流量計倉儲的運作流程、信息處理等達到迅速、準 確、及 時 的 效 果，入 出 庫 管 理、盤 庫、報表等工作量變得簡單快捷，減少人工操作出現的錯誤率，完成檢定收發(fā)環(huán)節(jié)的雙向追溯和跟蹤。檢定管理平臺與智能堆棧系統(tǒng)交互，全面提升了分站管理工作的系統(tǒng)化、規(guī)范化、自動化水平，提高了工作效率和管理水平，避免了重復勞動，間接降低了勞動成本。

 

 2. 4 基于大數據驅動的過程質量控制

        計量檢定過程的質量控制主要包括標準裝置參數有效性核查、檢定過程與證書數據判斷與處理、標準裝置及配套設施計的全生命周期管理。標準裝置參數有效性核查將檢定過程產生的歷史數據建立關聯(lián)數據矩陣。每一個行向量作為一條獨立的流量標準裝置行為數據。利用大數據的關聯(lián)分析與頻繁模式識別方法對歷史流量標準裝置的行為數據進行關聯(lián)模式識別。

 

        檢定過程與證書數據判斷與處理是將在線核查判據作為中止檢定作業(yè)的觸發(fā)條件，增加粗大誤差剔除、報警值剔出功能。被檢流量計聲速核查數據、參數修正后核驗數據范圍作為被檢流量計狀態(tài)性能判斷指標，實現電子化存檔，為用戶提供增值服務，預判流量計生命周期，對運行使用數據質量定性分析。

 

        標準裝置及配套設施全生命周期管理是將流量標準裝置及其配套設施產生的過程數據誤差與數據形成時間相關聯(lián)，形成流量標準裝置計量誤差的時間序列。將前步生成的時間序列數據輸入到預測模型后，利用趨勢分析方法對未來一個或者幾個周期內流量標準裝置的計量性能進行預測，從而有助于及時做出狀態(tài)預判。

 

 2. 5 基于圖像識別與 VＲ 技術的的拆裝作業(yè)過程監(jiān)管

        檢定管理平臺增加了作業(yè)可視化功能，采用防爆移動端編制流量計安裝拆卸作業(yè)票，基于人臉識別功能和自動拍照，用于 APP 登錄、簽字和人員查驗管控，作業(yè)前，開展 JSA 分析逐步逐項分析風險; 作業(yè)中，系統(tǒng)配置操作文件，自動按照作業(yè)票卡的內容實現關聯(lián)，可隨時調取相關作業(yè)文件查看。按照作業(yè)文件規(guī)范的操作步驟和內容，逐一現場核對，唱票執(zhí)行確認，操作人員佩戴 VＲ 眼鏡提示風險。系統(tǒng)會記錄各節(jié)點的時間、地點、人員、照片取證等信息，可實現對作業(yè)過程的全程管控。作業(yè)后，完成的作業(yè)票卡自動存檔，支持在線生成和紙質記錄同樣式的作業(yè)許可表格，支持下載打印等功能。生成統(tǒng)計表，可按照檢定臺位、作業(yè)完成時間等分類統(tǒng)計。拆裝作業(yè)智能監(jiān)管已實現了作業(yè)過程全要素移動化管理，詳細記錄作業(yè)過程，提高審批工作的及時性、有效性，加強對過程監(jiān)管，積累過程數據的量化管理。 

 

3 結束語

        ( 1) 通過智能化研究與管理，不僅能夠解決“三站一中心”分散管理帶來的安全管控風險、計量檢定質量管控風險、合規(guī)及獨立性運營風險，更能夠極大的提升機構運行效率，節(jié)約大量的人力、物力資源。

 

         ( 2) 所建立的計量檢定數據中心，已形成了行之有效的多結構信息化雛形，同時計量檢定數據中心留有計量檢定機構數據傳輸接口，可為全面提升天然氣計量檢定行業(yè)整體信息化、自動化、智能化、數字化水平服務，為天然氣計量檢定領域構建全國一體化的數據管控中心，奠定了技術基礎。

 

        ( 3) 未來，檢定機構將進一步建立融合邊緣計算與云端計算的一體化平臺，采用大平臺、虛擬化應用模式提高大數據的處理能力，旨在全面挖掘數據價值，利用數據進行分析、決策，助推早日實現計量領域服務與信息的同時交付。