阴极保护远程智能监控和评估预警专家系统用户手册

阴极保护远程智能监控和评估预警专家系统用户手册北京安科管道工程科技有限公司目录阴极保护 0远程智能监控和评估预警专家系统 0用户手册 01. 网站总体功能架构 (3)2. 系统登录 (4)3. 系统首页 (5)4. 数据监控 (8)4.1. 地图浏览 (8)4.2. 数据浏览 (10)5. 报警信息 (10)6. 查询分析 (11)6.1. 数据查询 (11)6.2. 数据分析 (11)6.2.1. 管线阴极保护状态统计 (12)6.2.2. 管线电位分布统计 (13)6.2.3. 测控点电位分布统计 (14)6.2.4. 管线交流电压分布统计 (15)6.2.5. 测控点交流电压分布统计 (16)6.3. 运行统计 (16)6.3.1. 管线设备分布统计 (17)6.3.2. 设备运行状态统计 (18)6.3.3. 设备变更统计 (19)6.4. 报表打印 (19)6.5. 历史报表 (21)7. 专家对策 (22)7.1. 报警分析 (22)7.2. 文件列表 (22)7.3. 专家建议 (23)7.4. 问题反馈 (23)7.5. 专家档案 (24)8. 档案管理 (25)8.1. 管线档案 (25)8.2. 测控设备 (26)8.3. 设备参数 (27)8.4. 检修单据 (28)8.5. 报废管理 (29)8.6. 绘制测控点 (29)8.7. SIM卡缴费单 (30)9. 系统管理 (31)9.1. 部门管理 (31)9.2. 用户管理 (32)9.3. 操作日志 (34)9.4. 修改密码 (34)9.6. 权限管理 (36)9.7. 角色管理 (36)9.8. 管道权限 (37)9.9. 信息订阅（短信和邮件功能） (37)9.10. 发件箱 (39)9.11. 待发送报文 (39)9.12. 系统参数 (40)1.网站总体功能架构图1.1网站总体功能架构如图1.1所示，共分为七个大模块：系统首页、数据监控、报警信息、查询分析、专家对策、档案管理和系统管理。

阴极保护工程手册
《阴极保护工程手册》是一本介绍阴极保护技术在工程中
应用的参考手册。

该手册包含了阴极保护的基本原理、设
计和施工要求以及常见故障排除等内容。

该手册的内容主要包括以下几个方面：
1. 阴极保护的基本原理：介绍了阴极保护的基本概念、原
理和工作机制。

2. 阴极保护设计：详细介绍了阴极保护系统的设计原则、
计算方法和设计步骤，包括阴极保护电流密度的确定、阳
极装置的选择和布置等。

3. 阴极保护施工：介绍了阴极保护工程施工的步骤和要求，包括阳极安装、电缆敷设、系统连接和调试等。

4. 阴极保护检测与维护：介绍了阴极保护系统的检测方法和维护要求，包括阴极保护电流密度的测量、阳极运行状态的监测和系统故障的处理等。

5. 阴极保护故障排除：列举了一些常见的阴极保护系统故障及其排除方法，帮助读者解决实际工程中可能遇到的问题。

该手册还包括一些实例分析和数据表格，供读者参考和应用。

总的来说，《阴极保护工程手册》是一本全面介绍阴极保护技术在工程中应用的参考书籍，适合从事阴极保护工程设计、施工和维护的工程师和技术人员阅读和参考。

阴极保护智能远程监控系统应用与发展2 中国石油天然气股份有限公司塔里木油田分公司泽普油气开发部，库尔勒，8410003 中国石油天然气股份有限公司塔里木油田分公司哈得油气开发部，库尔勒，8410004中国石油天然气股份有限公司塔里木油田分公司东河油气开发部，库尔勒，841000摘要：本文详细介绍了阴极保护智能远程监控系统，并重点阐述了其发展现状和应用中存在的问题及发展趋势。

该系统可以实现传统阴极保护系统的智能化升级改造，对阴极保护参数的实时在线监测、恒电位仪的远程调控以及阴极保护系统的故障报警及诊断。

关键词：阴极保护智能远程监控系统、远传远控、在线监测1前言目前，阴极保护被广泛应用于油气田、长输管道、城市燃气、炼化等领域，其后期的运行维护以及测试需要投入大量的人力、物力。

然而，传统的人工检测问题较多，如数据缺失，电位测试不准确，断电电位难以测试，无法实时监测，成本高等[1]。

此外，随着智慧化油田、智能管网的发展，对阴极保护智能化提出了新的要求，实现阴极保护系统的智能化、数字化，有利于提高阴保实时检监测水平及数据采集的准确性，降低运维成本，提高管理水平，保障国家能源安全。

阴极保护智能远程监控系统（图1所示）主要由云端阴极保护数据管理系统、智能恒电位仪、智能测试桩和阳极系统组成，以地理信息系统（GIS）为管理平台，以MySQL数据库作为系统统一的数据库，以公共无线数据通讯（GPRS）和其他有线通讯相结合的方式为数据传输手段，基于云端的阴极保护数据管理具备远程数据采集、传输、接收、显示、处理、控制、数据分析、故障分析与处理等功能，实现阴极保护数据管理的网络化、智能化，实现低成本遥测和遥控，实现对管道等被保护体保护状况的在线检测，同时可以通过远程监控方式随时监视并调整恒电位仪的工作状态，配合阴极保护在线监控专家系统进行辅助分析。

图1 阴极保护智能远程监控系统示意图2发展现状阴极保护智能远程监控系统通过GIS系统集成，数据采集分析，形成最终的集成结果。

阴极保护智能监测管理系统在长输热网中的应用蔡卫宏发布时间：2021-08-22T08:56:56.715Z 来源：《中国科技人才》2021年第15期作者：蔡卫宏[导读] 阴极保护智能监测管理系统是由无线数据采集端、云服务器数据处理端、系统平台客户端三大部分组成，无线数据采集端即为阴极保护智能测试桩，智能测试桩每天自动采集管道相关数据，通过云服务器上的管理系统软件，进行分析计算，可以实现电脑和手机APP远程访问，及时发现、组织处理管道出现的异常情况，从而降低阴极保护系统的管理和运行维护费用，为长输热网埋地管道的安全平稳运行提供有力技术支持。

扬州供热有限公司扬州市 225125摘要：阴极保护智能监测管理系统是由无线数据采集端、云服务器数据处理端、系统平台客户端三大部分组成，无线数据采集端即为阴极保护智能测试桩，智能测试桩每天自动采集管道相关数据，通过云服务器上的管理系统软件，进行分析计算，可以实现电脑和手机APP远程访问，及时发现、组织处理管道出现的异常情况，从而降低阴极保护系统的管理和运行维护费用，为长输热网埋地管道的安全平稳运行提供有力技术支持。

关键词：阴极保护、测试桩、智能检测、管理系统、长输热网1 引言阴极保护测试桩是长输热网埋地管道阴极保护系统中必不可少的装置。

阴极保护技术是国际公认的最经济、最可靠的腐蚀控制措施，配合管道表面防腐层使用，能够有效减缓埋地管道的腐蚀速率，延长管道生命周期。

阴极保护测试桩主要用于管道电位、电流、绝缘性能的检测，通过阴极保护运行参数，检测阴极保护效果。

阴极保护的电位值高低直接影响长输热网管道阴极保护效果，阴极保护电位值高于-0.85V容易起保护不足，低于-1.25V容易引起阴极保护过保护造成管道析氢现象，加速防腐层剥离，从而加速管道腐蚀及老化现象。

通常需要人工现场采用万用表或测试仪进行检测。

由于长输热网管道距离长，管线交通不佳，工作人员数据采集难度较大，数据准确性与可靠性都无法保证。

埋地金属管道阴极保护远程监控系统的设计王宝珠;杜逸伟;郭志涛;苏彦莽【摘要】我国监测埋地金属管道阴极保护状态主要依靠人工定时巡检,存在效率低、无法采集到断电电位的问题,为此设计了阴极保护远程监控系统.该系统由智能电位采集仪和阴极保护管理平台两部分构成:智能电位采集仪以MSP430单片机为核心,自动采集阴极保护电位、温度等信息,通过2G/3G/4G网络上传至阴极保护管理平台;阴极保护管理平台采用了数据库技术、网关技术和WebGIS技术,实时监控管线的阴极保护状态,对数据进行集中管理.实际应用表明,该系统能够准确采集断电电位,效率高、运行稳定,实现了阴极保护的远程监控管理.%Since status monitoring of cathodic protection of buried metal pipeline in our country mainly relieson artificial periodical inspection,which has low efficiency and can't collect off potential,a remote monitoring system for cathodic protection is designed.The system consists of a intelligent potential collecting-machine and a management platform for cathodic protection.A intelligent potential collecting-machine which is based on MSP430,collects information such as potential of cathodic protection and temperature automatically,transmits these information to the management platform for cathodic protection through 2G/3G/4G network.The management platform for cathodic protection uses database technology,gateway technology and WebGIS technology,monitors the status of cathodic protection of pipelines in real time,manages the data centrally.Practical application shows that this system can collect off potential precisely,have high stability and efficiency and realize the management of remote monitoring for cathodic protection.【期刊名称】《河北工业大学学报》【年(卷),期】2017(046)001【总页数】5页(P29-33)【关键词】埋地金属管道;阴极保护;远程监控;WebGIS【作者】王宝珠;杜逸伟;郭志涛;苏彦莽【作者单位】河北工业大学电子信息工程学院,天津300401;河北工业大学电子信息工程学院,天津300401;河北工业大学电子信息工程学院,天津300401;河北工业大学电子信息工程学院,天津300401【正文语种】中文【中图分类】TP311近年来，石油、天然气、饮用水作为重要的资源，通常以埋地金属管道作为传输载体.截至2015年底，中国除台湾省以外的所有地区在役油气管道总里程累计约为12万千米[1].据统计，我国每年因腐蚀而损耗的钢铁达6千多万吨，造成经济损失高达2 800亿元[2].阴极保护系统是通过提供阴极保护电流以防止管道腐蚀.我国埋地金属管道很多分布在偏远地区，交通不便，如何有效监测其是否处于保护状态是一个亟需解决的问题.传统的人工定时巡检方式，大多以万用表等仪器进行现场采集，效率低，容易受到天气的影响.人工汇总数据，过程繁琐，实时性差，查看管线阴极保护状态不直观.而且，该方式只能测量阴极保护通电电位，但阴极保护准则中的评判指标是断电电位，这样就造成了管理上的误差.阴极保护的通电电位是直接测量管道和参比电极之间的电压，实际包含了断电电位和IR降两部分.IR降即为电流流过管道和参比电极之间的土壤产生的压降，断电电位是管道的受保护电压.为了得到管道真实的受保护状态，需要消除IR降的影响，获取断电电位.阴极保护标准规定：管道阴极保护电位（断电电位）应在-850 mV（CSE）～-1 200 mV （CSE）范围内；当上述准则难以达到时，也可采用阴极极化或去极化电位差，即通电电位与断电电位之差，大于100 mV的判据.综合以上分析，研制一套阴极保护远程监控系统，实时查看管线的阴极保护状态，对数据进行集中化管理，具有重要的意义[3].阴极保护远程监控系统包括智能电位采集仪和阴极保护管理平台.智能电位采集仪要求能够自动采集阴极保护相关参数，同时基本消除IR降的影响.该采集仪具有功耗低的特点，适合长期工作于野外.此外，该采集仪可以实现远程通信，将数据上传至阴极保护管理平台.该平台能够将测试桩位置显示在GIS地图上，查看数据报表，修改采集仪参数，下发控制指令，为相关部门运行和维护提供准确可靠的依据.阴极保护远程监测系统结构如图1所示，由智能电位采集仪和阴极保护管理平台构成.阴极保护管理平台包括中心调度网关、数据库和基于WebGIS的网站.该系统实现了阴极保护参数的采集、传输、存储和对智能电位采集仪的控制，从而实现对埋地金属管道阴极保护的远程监控管理.智能电位采集仪选用试片断电法[4]采集通电电位、断电电位等阴极保护参数，通过远程通信单元将获取的数据上传至服务器.中心调度网关对数据进行校验后，将数据更新至数据库.引入Web技术，使得用户仅需一台接入Internet网络的终端，即可登陆浏览器，随时随地访问阴极保护管理平台，实时查看管线的阴极保护状态.智能电位采集仪按照功能可划分为7个主要单元：主控单元、电源单元、信号调理与采集单元、数据存储单元、GPS授时单元、时钟单元、远程通信单元.智能电位采集仪选取超低功耗的MSP430F5438作为主控单元的处理器.电源单元将电池组提供的电压转换为±5 V、＋4 V、＋3.3 V电压给各个单元供电.信号调理与采集单元使用±5 V供电，远程通信单元使用＋4V供电，主控单元、数据存储单元、GPS单元、时钟单元采用＋3.3 V供电.信号调理与采集单元负责将原始待采信号转换成可供AD采集的信号，然后进行采集.继电器控制试片与管道的通断，从而测量通电电位和断电电位.GPS授时单元在GPS成功定位后将时钟单元的时间同步为标准时间，确定采集仪所在位置.数据存储单元选用Flash芯片，存储采集仪的配置信息和采集数据.远程通信单元建立采集仪和服务器之间的通信链路，将采集数据打包上传，接收管理平台下发的命令.智能电位采集仪总体设计框图如图2所示.2.1 电位采集功能实现直流电位调理电路如图3所示.AD8659为四通道微功耗、精密轨到轨输入/输出放大器，采用双电源±5 V供电，具有低失调电压、极低输入偏置电流和出色的抗电磁干扰等特性.模/数转换芯片AD7705在电源电压为5 V，基准电压为2.5V的条件下可采集0～2.5V的正向电压.测试信号的电压范围在-3 V～＋3 V之间，存在正向电压和负向电压，且幅值大于AD7705的采集峰值，所以采用高精度电阻分压，使其电压范围在-1 V～＋1 V之间后再接入A/D转换芯片，第1级运放对电压信号进行跟随，第2级运放对跟随信号进行电压抬升，以便将负信号抬升到零电位以上以供A/D芯片采集.使用五位半数字万用表34 450 A测试，对于-3V～＋3V的直流电压，采集仪的采集精度在±1 mV以内，满足GB/T 21246-2007中的要求.交流电位调理电路如图4所示.在埋地管道附近可能存在高压输电线或者变压器，那么就会在管道上耦合出工频的感生交流电压[5].采集仪利用MSP430内部的AD 采集交流杂波，交流杂波进入之前，通过电阻进行分压，经过电容隔离直流之后，第1级运放对电压信号进行跟随，完成阻抗变换，第2级运放对跟随信号进行电压抬升，以便将负信号抬升到零电位以上以便AD采集.交流杂波经过电阻衰减，然而即使采用高精度电阻，分压仍存在一定的误差，需要通过修正校正系数分段进行校正.经测试，采集仪可以采集峰峰值为0～60 V的交流信号，绝对误差控制在100 mV之内.智能电位采集仪放置在无人值守的野外，雷雨天气时，会在管道和参比电极上耦合出较强的感应信号，因此在供电引脚和地之间放置陶瓷放电管，使系统满足GB/T 17626.5-2008中第4级防雷的要求.为进一步提高系统的可靠性，在管道和试片的输入端都加入了瞬态电压抑制二极管SMBJ12CA作为过电压保护.2.2 远程通信功能实现远程通信功能依赖于国内三大运营商提供的无线通信网络.国内三大主流运营商提供了多种制式的网络，这些网络具有接入范围广、实时在线、无需维护链路等突出的优点[6-7].然而，这些网络在不同地区的信号强度有一定的差距.远程通信单元设计单独的电路板，用户可以根据需求选择不同制式的网络，将相应的远程通信单元直接插在采集仪预留的排座上，保证采集仪能够选用最优的通信网络.设计时选用封装相近、上网流程基本一致的远程通信模块，这就保证了程序无需因更换远程通信模块做大幅修改.远程通信模块与MSP430F5438单片机均为TTL电平，可以直接通过串口相连接，单片机通过AT指令对模块进行配置和控制.远程通信单元需要SIM卡提供入网支持，P1为SIM卡电路，通过SIM_CLK、SIM_RST、SIM_VCC等引脚实现对SIM卡的读写及复位操作.远程通信单元电路以支持GPRS 网络的MG2639模块为例，如图5所示.2.3 低功耗功能实现由于智能电位采集仪长期工作于无人值守的野外，更换供电电源十分不便，因此系统对功耗的要求十分严格.为了满足这一需求，采集仪的主处理器和外围电路全部使用低功耗芯片.经测试，采集仪工作电流仅为77 mA.为进一步控制功耗，采用严格限制工作时间的方法，采集仪平时处于断电状态，只有到设置的开机时间时，才会通过时钟芯片唤醒，采集仪开始工作.同时，各部分设计独立的供电电路，只有在使用到相应的单元时，才会对这一部分电路供电，使用完毕后即切断电源.采集仪选用总电量达到36 Ah的锂电池组，时钟芯片选用容量为3 600 mAh可充电锂电池进行供电.实验测试结果表明，智能电位采集仪的主电源和时钟单元电源均可工作8年以上.阴极保护管理平台由中心调度网关、数据库、基于WebGIS的网站组成，是用户和智能电位采集仪之间交互的桥梁.智能电位采集仪将通电电位、断电电位、交流峰值电位、电池电量等数据发送到服务器上.服务器上的中心调度网关作为数据的中转站，通过TCP/IP协议的SOCKET对接收到的数据进行校验，然后将正确的数据更新至SQL Server数据库中.阴极保护管理平台通过tomcat发布至Internet 网络，方便工作人员实时监测现场数据.阴极保护管理平台依托百度地图API进行开发，实现了WebGIS技术的嵌入和数据共享.用户登陆管理平台后，可以在GIS地图上方便直观地看到测试桩所处的位置，阴极保护参数是否符合设定的阈值，以及智能电位采集仪的网络在线状态等信息.阴极保护管理平台设置了数据报表、管理工具、用户管理等栏目.用户通过管理工具对管线、管段、设备可以进行添加、删除、修改、查询等操作，专家系统为用户提供知识库和记录专家的整改建议，维修保养可记录对管线的维护工作，用户管理中可维护对应不同权限的用户信息.数据报表中，可以搜索某个桩号查询历史记录，也可查询管段所属的所有测试桩的当日数据.采用折线图和数据列表相结合的报表方式，可以准确直观地看到阴极保护参数的情况.阴极保护远程监控系统已应用于新疆原料厂米西输水埋地管线，总计227台智能电位采集仪，阴极保护管理平台运行稳定.阴极保护管理平台GIS地图界面如图6所示，某测试桩的月报表如图7所示.由于埋地金属管道在土壤环境中受到不同程度的腐蚀，传统的人工巡检方式，效率低，数据量小，而且只能采集到通电电位.本文设计了一套阴极保护远程监控系统，包括智能电位采集仪和阴极保护管理平台两部分.基于MSP430的智能电位采集仪采用试片断电法消除IR降，将所在测试桩的经纬度、阴极保护参数、上传时间等信息通过无线通信网络发送至基于WebGIS的阴极保护管理平台.服务器对数据进行解析、存储、显示，为工程技术人员进行管道防腐工作提供可靠的依据.实践证明，该系统效率高、工作稳定、能够采集到阴极保护的断电电位，适用于长输管线的阴极保护远程监控.【相关文献】[1] 高鹏，王培鸿，杨耀辉，等.2015年中国油气管道建设新进展[J].国际石油经济，2016，24（3）：60-65.[2]宋吟蔚.基于分形理论的埋地钢质管道杂散电流腐蚀检测技术研究[D].北京：北京工业大学，2008.[3]关维国，秦志猛，任国臣，等.基于GPRS的输油管道阴极保护远程监测系统设计[J].计算机测量与控制，2015，23（8）：2736-2738.[4]李自力，谢跃辉，郝宏娜，等.试片断电法测量埋地管道的断电电位[J].腐蚀与防护，2011，44（12）：77-79.[5]熊川雲，刘明哲，庹先国，等.埋地金属管道阴极保护参数野外监测系统的设计[J].自动化与仪表，2015，（3）：14-18.[6]商孔明.基于无线传感器网络和GPRS的温湿度远程监测系统[J].科学技术与工程，2012，12（24）：6175-6178.[7]王秀芳.基于GPRS的抽油机监控系统的开发[J].科学技术与工程，2011，11（11）：2604-2606.。

奥科智能阴保云监控系统奥科智能阴保云监控系统由无线数据采集端、云服务器数据处理端、系统平台客户端三大部分组成，该系统可实现阴极保护电位的自动采集与处理，具有无线远程数据传输，信息查询与分析，设备GIS地理位置信息查询、阴保电位预警信息推送和管道管理等功能。

1、无线数据采集端采用GPRS或NB-IOT无线通讯数据传输，内置高精度A/D转换芯片，科学的抗干扰及防雷电路设计，确保设备采集数据的准确性及设备稳定长寿命运行。

2、云服务器选用华为云、阿里云等大型云服务器厂商高配云服务器，数据经由云服务器处理完毕以后，自动备份智能分布存储到不同厂商服务器，确保数据的完整性及安全性。

3、系统客户端采用B/S架构软件，内建GIS监控中心，数据中心，预警中心、管道设备管理及数据报表统计下载，方便客户全面了解各项数据。

手机端登录微信公众号即可远程查看数据及接收阴极保护电位预警信息。

一、无线数据采集端1、设备采用成熟稳定的GPRS或NB-IOT无线数据通讯2、设备内置高精度A/D转换芯片，确保数据采集准确性3、设备可采集阴保电位、自然电位、断电电位、交流干扰电压、交流杂散电流等多项数据4、内置ARM低功耗MCU芯片，实现硬件自动采集和上传数据5、设备内置GPS定位芯片，可在GIS地理位置信息平台上精确展示设备位置6、内置EMI抗干扰滤波电路，及科学的防雷电路，保证设备稳定运行7、内置时钟电路，系统开机以后自动与GPS校准时间，时钟误差每24小时小于1秒8、使用环境温度-25℃至+65℃9、通道输入阻抗大于10MΩ10、量程DC±3V AC0~50V11、精度DC≤5mv AC≤0.5V12、工作电压5~8v13、工作电流200ma14、GPS可根据需求按周开启15、设备采用大容量一次性锂电池供电，在信号良好、每天采集并长上传一条数据的情况下，电池设计使用时间为5-7年16、整机采用高集成、小型化设计，可兼容市面上95%的测试桩17、整机采用防尘设计，外壳满足IP66级防护二、云服务器数据处理端1、服务器选用华为云、阿里云等大型云服务器商高配服务器，确保系统稳定性2、云端数据库选用My SQL大型数据库3、服务器数据采用智能备份，多服务器分布式存储方式，确保数据安全性4、云端服务器可对各个设备上传数据自动进行计算处理，错误信息及时预警推送客户端5、服务器数据库数据可永久存储，方便客户查找以前档案数据了解近几年管道阴保运行情况。