★北京亚控科技发展有限公司郑炳权

★广东工业大学自动化学院周朵

★北京亚控科技发展有限公司王炜松

★中燃集团数字化发展事业部富地红华动力（武汉）有限责任公司付春林

1　项目背景

当前，国家部委高度关注“双碳”目标和老旧管网改造，将碳达峰、碳中和目标确立为顶层战略布局，各相关部委相继出台碳中和重点政策，在降碳任务中，能源行业首当其冲。近年来，燃气事故频发引发燃气安全高度关注，国家住建部、发改委联合发布《2022年城市燃气管道等老化更新改造工作的通知》，配套燃气基础设施及数字化建设。对于地方政府来说，面临着众多痛点和诉求，包括安全隐患多、事故频发、安全监管信息共享差、用户安全意识淡薄、缺乏有效管控手段等。此外，燃气企业竞争加剧，从燃气领域延伸至信息实力全方位竞争，利用数字化提升企业核心竞争力被大部分燃气企业认可。

同时，随着5G政策的倾斜，物联网技术和智能制造的逐步深入，工业互联网技术迅猛发展以及与“云管端”一体化的工业互联网解决方案相关的各项技术和产品的成熟，对行业有利、对行业运营方有价值的标准呼之欲出，燃气行业的物联网化经历了前期试探阶段后，也要走向标准确定、全面发展的阶段。从行业积累的经验来看，针对实际的垂直领域，“安全”与“规模化运营”两个关键维度已经成为了燃气行业物联网运营管理平台是否能长期稳定发展的制约因素。

在此背景下，数字化解决方案供应商需通过面向天然气、LPG等业务生产应用场景，利用5G、云计算、物联网、大数据等技术，为客户提供智能工业互联网平台建设和自主标准物联生态体系构建，提高企业安全生产运营水平和工程建设自主管控能力。亚控结合多年行业经验积累，遵循技术先进实用、系统稳定可靠、功能齐全、易于扩充、维护和操作简便的总原则，基于工业云操作系统WellinOS重磅推出智慧燃气生产运营管理解决方案产品KingGas，为燃气管网运行提供一个安全、可靠的解决方案，保证燃气管网及场站设备的安全运行。

2　项目建设应用

2.1　建设方案

亚控基于WellinOS工业云操作系统开发的智慧燃气生产运营管理平台解决方案为适应中燃集团数字化改革，针对中燃的小集团化和多层级管理，对管理平台进行规范化、功能化，形成统一的建设调度标准，基于云平台架构，融合过程控制、现场操作、用气管理、生产调控于一体，集成GIS系统、巡检系统、阀井系统等各类业务子系统，满足网络等保安全要求，需基于工业互联网模式建设一套完整的智慧燃气管理信息化平台，为调度调控提供科学准确的指导，实现公司、业务、数据全流程管控。

图1系统数据流向图

图2平台架构图

数采层：通过在场站现有设备上附加物联网关，辅以边缘计算协议前置解析，在不影响各设施生产运行的前提下，进行多种通信接口、通信协议的转换，实现自动采集各种PLC和流量计的生产运行计量数据，完成设备接入平台的工作。

平台层：部署工业云操作系统WellinOS，为整个上层智慧应用系统服务。基于物联网、云计算、大数据、工业互联网等核心技术，建立平台支撑体系。为系统数据处理、智能应用、可视化展示、交互等提供服务支撑。其中数据中台作为数据存储和管理的核心，对所有数据进行数据汇聚管理，保证数据完整性和准确性，同时基于数据基础提供各种数据应用，以及对整个系统内各平台的数据共享服务。

应用层：为企业基于业务需求开发的各种功能模块，作为智慧应用的统一门户。业务结构将包含：综合展示、生产运营管理、阀门井管理、系统管理、移动APP等业务模块或子系统。

决策层：为运营管理工作提供了大量的生产决策数据依据，通过深入挖掘各类数据间的关系，利用驾驶舱、一张图和管理分析工具，帮助集团建立基于物联网的智慧燃气综合运营管理体系。

2.2　功能应用

中燃集团“云管站控”生产运营管理系统应用包括：统一监测、综合管理、生产运营管理、阀井管理、GIS巡检、系统管理、手机APP七大功能模块。

（1）统一物联监测

通过物联网关及工业物联设备终端协议整合将现场参差不齐的通讯协议转换成标准MQTT协议，将场站SCADA站控系统和管网、工商用户采集远传的数据统一接入云平台中心系统，实现对气源场站、输配管网设施的工况统一监测。

（2）综合管理

综合管理模块主要包括驾驶舱、地理信息、数据总览。驾驶舱展示集团关键信息，包含供气占比统计、设备监控统计、实时存储比、分级报警统计、重点数据轮循。在GIS地图上显示场站位置以及管网，鼠标滑动到场站图标，可以实时查看该场站重点参数，点击站点快速跳转至工艺流程画面。数据总览查看所有场站的实时数据，产生报警时数据变红标识提示，可点击变量弹出对应趋势曲线。

（3）生产运营管理

生产运营管理模块主要包括工艺监控、报警管理、生产报表、趋势分析、设备管理、用气申报、事件管理。工艺监控展示各场站的工艺流程图，展示关键设备的实时数据，同时可查看该场站的历史曲线、历史报表、设备信息、环比统计。用户可查看其权限下的场站实时报警数据与历史报警数据，实时报警可人工确认填写处理方案与处理人员，所有采集点的报警均可自由配置，调整报警使能以及高低限值。趋势曲线与环比统计以曲线形式直观展示采集点的状态以及对比分析。设备信息可查看现场管理的各类设备。

（4）阀井管理

阀井管理模块主要包括信息管理、实时监控、历史分析、报警监控。对阀门井RTU设备的基础信息进行维护，包括位置、归属、经纬度等，实时监控快速查看各设备的状态以及实时数据，历史分析查看各设备的历史状态，以及各采集点的报警数据展示。

（5）GIS巡检

GIS巡检模块主要包括GIS数据浏览、专题图展示、数据编辑、巡检区域划分、任务计划、人员管理、轨迹回放、巡检考核、隐患管理等功能。通过区域范围编辑对人员划分巡检管线。统计巡检轨迹事件和里程，分析巡查人员的任务完成情况，可以对巡检任务和巡检轨迹进行空间分析，计算巡检完成率，查看考核计算结果。可上报第三方施工信息，可上报照片和施工状态，监控第三方施工。

（6）系统管理

系统管理模块主要包括组织结构、角色权限、用户管理、场站管理、采集配置、管线绘制、站点配置。灵活维护组织结构，为角色分配操作权限以及各页面的查看权限，对公司员工基础信息、归属角色进行自由维护。管理员可维护站点属性与所属组织，同时配置站点归属变量的展示权限。用户可配置场站的地理位置以及绘制现场管线。

（7）手机APP

手机APP模块主要包括实时监控、历史分析、生产报表、设备管理、领导视图、报警推送、个人信息。实时数据列表可快速切换场站，同步更新设备数据，并查看各采集点的历史数据。可快速查看各场站的设备台账，以及维护保养信息。统计各公司计量数据供领导快速查看整体情况，现场发生报警同步推送至手机端，同时可进行人工报警确认。用户可在手机端维护个人的基础信息。

3　项目创新

该项目以“平台+应用”的模式，落地数字燃气“云管站控”开发应用平台中的关键技术路线和实现方法，同时亚控KingGas解决方案能够进一步弹性扩展，在满足当前中燃集团燃气生产运营管理业务的前提下，随着现场标准化、智能化改造的进一步加深，以及对功能集成性与多样性要求更高的情况下，能够使缺乏专业计算机知识，但具备行业知识与现场运维需求的用户具备对系统进行自主运维、升级、开发的能力，主要创新性和重难点问题分析如下：

（1）创新性

亚控工业云操作系统WellinOS四大创新点：云操作系统、时空数据库、元语言、新数字孪生。

·云操作系统：既是一个完整的IaaS层产品，也是一个完整的PaaS层产品，并且没有使用开源的虚拟化技术，而是自主开发了计算机资源管理系统，部署和使用更加地灵活便利，可以做到一键安装、一键升级。解决“工业人做不到自主建设自主维护自主升级系统”问题。

·时空数据库：时空数据库是一个九库合一的数据库和一个界面展示的图形库组成。九个子数据库分别是模型库、实时库、历史库、计划库、资源库、接口库、视频库、空间库、图数据库。解决“数据采集存储、数据融通和维护数据库业务关系难”问题。

·元语言：建立在WellinOS基础之上开创的编程语言，简单易学、降低门槛；一处开发、到处运行；执行高效、稳定可靠！解决“工业人实施项目和维护拓展系统功能难”问题。

·新数字孪生：通过提取实际工厂的关键特性到数字工厂，数字工厂呈现并反作用物理工厂的生产全过程。通过物、事、组织、人员构建工厂模型，对物理工厂实现真正的业务孪生。

（2）标准性

“云管站控”系统建设初期制定建设标准，对建设涉及到的设备、平台软件、通讯网络、系统功能、各子系统接口、通信协议、数据库、软件编码等制定一系列标准。解决“集团未能建立统一的物联标准体系，部分终端智能化、标准化程度较低，难以实现终端功能按需定制、远程升级、故障预警，现场维护成本高昂”问题。

（3）安全与审计

亚控工业云操作系统WellinOS的安全审计遵循了国内通用的信息安全设计方法论，最新等保2.0的等保三级和部分四级要求，采取基于国内信息安全设计方法为主，辅助采取基于威胁的策略来设计整个“云管站控”系统的信息安全方案。数据传输安全支持国密SM4算法加密。安全事件自处理，记录异常操作行为以及关键操作，实现数据源、关键操作的查询与追踪。解决“云端管控、数据传输不安全，安全事件追溯难”问题。

4　项目效益

该项目通过“云管站控”生产运营管理系统加强天然气计量管理，充分发挥其在输气生产、经营管理中的作用，保证了中燃集团生产安全平稳、保质保量、降低能源消耗和提高经济效益。通过输差控制等方式在天然气供应过程中对损耗量进行控制，提高输送效率，降低天然气损耗，对控制生产成本等起到关键作用。通过场站监控分析及调整、应急指挥，使整个系统保持平稳状态，为用户提供高质量的供气服务，保障输配系统安全运行。通过数据深入分析，实现集团范围内异常预警、运行工况模拟及工况、设备和成本分析，助力决策层决策。

同时，基于云平台架构，融合过程控制、用气管理和生产调控，集成GIS系统、巡检系统、阀井系统等各类业务子系统，实现了一体化管理；提供了国密安全技术，满足等保安全要求；统一化云平台管理，集团上下一致，及时高效，大幅提升集团管理水平。

5　项目意义

智慧燃气生产运营管理平台为安全生产管理生态中不可或缺的重要节点，应用工业物联网消息队列技术，结合工业互联网二级节点，通过高效的物联设备采集，实现万物互联的工业大融合，对海量设备进行指标实时采集、异常判断、安全告警提醒。并通过边缘计算，为用户提供大数据趋势分析，赋能用户对城市燃气供需决策提供强大数据依据。为各地智慧城市、城市生命线等省、市级政府智慧平台提供全面的燃气数据支撑。

中燃集团“云管站控”系统的建设成功充分证明亚控智慧燃气生产管理平台KingGas是燃气物联网云平台的支撑者，更是燃气企业数字化转型的助力者，为中燃集团各场站运行的集中管控提供了规范化、统一化、扁平化、灵活的组织建设和权限分配的统一平台。

通过与企业内SCADA系统、地理信息系统、智能巡检系统实现数据和应用的系统融合，充分利用系统的灵活性和可扩展性，应对未来新的整合、集成需求，为集团接入更多的设备和区域场站系统，实现集中式、规模化运营的目标，降低企业运营成本，提高运营效率，有效推进燃气企业智慧调度系统规模化建设和运营的战略目标落地。

作者简介：

郑炳权（1973-），男，广东人，硕士，现任北京亚控科技发展有限公司总经理，主要从事自动化软件、MES软件和工业互联网平台相关的研究工作。

周　朵（1983-），男，湖南人，博士研究生，现就读于广东工业大学自动化学院，主要研究方向为工业云操作系统和智能制造生产管控系统。

王炜松（1993-），男，广西人，学士，现就职于北京亚控科技发展有限公司，主要从事工业软件、工业互联网平台、智能制造等方面解决方案应用的研究。

付春林（1983-），男，湖南人，学士，高级工程师，自动化、工业物联网专家，现就职于中燃集团数字化发展事业部富地红华动力（武汉）有限责任公司，专注于自动化建设及工业物联网产品技术研究和应用。

摘自《自动化博览》2024年10月刊