浅谈撬装化智能机柜在输油气站场的应用

张 勇 徐 驰 蔡 增

1.国家管网集团北方管道有限责任公司沈阳输油气分公司 辽宁 沈阳 110031

2.东北石油管道有限公司 辽宁 沈阳 110031

3.沈阳市锦金鑫科技有限公司 辽宁 沈阳111000

一、前言

撬装化机柜的应用在国内一些行业属刚起步阶段,机柜的智能化还不完善,有的是部分功能实现了自动化,而且类似产品差别较大,能够把机柜环境的所有重要参数实现智能监测和控制没有形成技术标准。国外如工业水平较高的欧美和日本等国家工业自动化发展较早,随着互联网技术的发展和社会产业结构的调整,一些行业的设备模块化、标准化和信息化发展较好。国内虽然在工业自动化方面起步晚,但我们的起点相对较高,撬装式智能机柜间产品一旦成熟,在使用管道建设行业内推广使用过程中能够快速积累经验,有利于产品的不断改进,完善和成熟。

二、撬装化智能机柜的基本特点概述

撬装化智能机柜做为石油管道的智慧物联环境监控系统终端将大规模应用于管道运输的站场建设中,它完全能够替代传统服务器机柜、电气控制柜等机柜,而且能够对柜内环境大数据监控,智慧控制,数据上传,构建“智慧机柜”;撬装化智慧机柜将逐步替代各种数据中心,场站区的传统服务器机柜和电控机柜,撬装式智能机柜的研发和推广能够帮助石油管道运输行业实现“标准化”、“模块化”、“工厂化”、“信息化”,为行业建设达到高水平提供强大的助力。

为满足信息化的发展,研究撬装化智能机柜整体解决方案,专业针对站控数据中心高效部署,具有节约空间,灵活扩展,节能,方便维修等特点先进的解决方案。站控设备间基础设施单元是各业务系统、网络系统和信息安全的承载实体,智能机柜主要包括以下9个单元,分别是:供配电系统、制冷系统、不间断电源设备、封闭通道组件、照明系统、动力环境监控、安防系统、防雷接地、消防系统等,并根据现场情况进行选配。

三、撬装化智能机柜设计原则

撬装化智能机柜是针对站场生产数据信息通讯、计算、交换和存储而设计,是专业的油气生产设备机柜环境解决方案。它应具备丰富的本地管理资源、安全可靠的硬件设施、高水平的网络管理和完备的增值服务,以及高能效的动力环境控制方案。通过高度集成化设计,减少对外界环境的依赖,无需复杂昂贵的机房建设也可以保障设备长期稳定运行。

(一)柜体结构方面:柜体侧壁可配备防盗式可拆装侧板,简化安装操作的同时可防止非法拆卸侧板。机柜柜门采用多点锁紧,柜体外壁采用无螺丝设计,也可保障安全防盗。机柜提供多种智能锁方案,可定制使用磁卡钥匙、指纹、密码等方式开锁,既方便又安全。柜体涂装采用耐腐蚀性涂料,耐盐抗酸,在地下室等环境长期使用也不会产生锈蚀。柜体高强度抗震式设计可保障柜体稳定并保护柜内设备。针对低温地区还可填充内保温层。

(二)动力环境控制方面:系统采用在线式UPS或整体直流稳压输出方案,搭配机架式蓄电池,确保柜内设备用电安全。一体式配电模块附带电参数监测功能,具备过流、过压、浪涌保护等多项安全功能,并且各路输出高度可控。动环检测系统能够检测柜内温湿度、水浸、烟感、门禁,柜内环境异常可及时报警,并具有主动气体灭火功能。系统搭配视频监控可以实现视频录制、开门抓拍等防盗功能。柜体可配置空调和加热模块,使柜内保持恒定温度环境,同时搭配紧急通风模块使用,确保柜内设备环境的稳定性,提高设备安全,延长设备使用寿命。

(三)成本控制方面:该设计提供完整的一站式解决方案,集成了配电、不间断供电、环境控制、环境监测等多种模块,使用时根据实际需要进行整体运输或现场装备,整体上电测试之后可直接安装用户设备,免除了多套产品分别安装并设置的困扰,而且整套系统高度兼容,可避免设备或功能上的冲突。另外,本产品可提供密闭柜体方案和通风柜体方案,密闭柜体方案可实现与外界环境的隔离,降低对外界环境的要求,无需建设专业机房也可以保障设备长期稳定运行,可节约机房建设的成本,并且在设备迁移时也可避免土建设备无法重复利用带来的浪费,只需迁移柜体即可重复利用配电、不间断供电、环境控制、环境监测等设备。通风柜体适用于发热量低的场景,通过与柜外环境直接热循环可降低制冷需求,降低设备成本和长期制冷的电力消耗。由于单个柜体即为完整的一体化系统,当现有柜体无法满足使用需求,需要扩展时,单独为新增设备增设柜体即可,不涉及原有配电、不间断供电、环境控制、环境监测等设备的更新改造,提高了设备利用率,减少了设备不断更换带来的资源浪费。

(四)远程运维控制:机柜搭载的动环监控系统具备强大的边缘计算能力,能够有效分流云端工作量,结合本地终端的多种采集功能,实现本地问题,本地分析,本地处理,本地预警,本地上传,可迅速对本地事件作出反应,在网络不畅时也可正常工作,另外根据海量数据的分析可实现故障诊断、处理预警等功能。同时于云端平台可进行远程实时交互,便于集中监控、管理,简化边缘节点的管理工作。终端边缘计算功能的加入大幅提高了整个监控网络的响应预警能力,并且有效节省云端平台的带宽、流量资源和计算存储资源,大大提升工作效率。

(五)标准化设计:在一体化机柜系统设计时,基于国家颁布的有关标准,包括各种机柜结构、电气安全,EMC试验,以及消防标准,坚持统一规范的原则,从而为未来的业务发展、设备增容奠定基础,大规模建设边缘节点机房时可有效控制各地建设质量。在产品设计、生产过程中,统一采用标准化产品,以便于零部件维修、采购、更换为原则。机柜实现整体出厂、整体运输、整体安装,设计相应的运装结构,适合室内装配需要;同时设置统一接口,根据用户需求不同,每个站点实现机柜尺寸、种类、功能的灵活搭配。柜体采用可拆装结构设计,如果现场运输空间和条件有限制,还可以将机柜部分拆解或者全部拆解,以“散件”方式运送至目的地,大大拓展了机柜的运输便利性和布置灵活性。

四、撬装化智能机柜设计方案

(一)全面安防

柜体根据室内使用特点设计,柜体框架为钣金折弯结构,结构轻巧且坚固耐用,柜体采用电泳喷涂,满足室内使用的要求。外部采用防盗结构设计,两侧侧板带锁具,前后柜门采用智能锁,前后门上中下三点锁紧,支持ID卡开锁,钥匙开锁,具备RS485通讯功能,带锁控和防盗报警功能。

(二)柜内环境防护和监控

柜内配有高精度烟雾传感器、漏水检测线等防护报警元件,能够及时发现柜内火灾、漏水情况,柜内动环监控主机可24小时监控柜内各个电子元件的运行情况,遇到火灾和漏水情况时及时开启灭火装置,并上传到云端报警。

(三)柜内控温控湿

采用自主研发的机架式、列间式空调精密管控柜内微环境,使柜内设备始终处在理想的工作环境中,不仅提升了柜内元器件设备的使用寿命,还保证了设备整体运行的稳定性。

机架式空调采用冷热通道设计理念,将机房的温控系统集中在一台机柜内,并可进行模块化组合,采用R134a冷媒,节能环保。列间式空调,采用独立立式结构设计,便于与智能微环境等组件配合,制冷功率大,风压大,风量足,而且具备多种保护报警,十分安全可靠。

(四)远程运维,边缘计算与云端计算结合,增速节能

机柜搭载的动环监控系统具备强大的边缘计算能力,能够有效分流云端工作量,结合本地终端的多种采集功能,实现本地问题,本地分析,本地处理,本地预警,本地上传;形成一整套诊断分析、处理预警功能;同时于云端平台进行实时交互,便于集中监控、管理;终端边缘计算功能的加入既提高了整个监控网络的响应预警能力,又有效节省与云端平台的带宽,流量资源,大大提升工作效率。

五、结论

撬装式智能机柜的研究跟站场建设和改造紧密结合,能够解决站场建中的模块化、标准化等难题;能够解决场站设备工作环境的自动化和远程运维问题;能够给设备的大数据互联奠定终端基础。撬装式智能机柜是一种新型站场建设模式,能够大幅降低站场站控机房建设的前期费用,缩短建设时间,满足合理建设调配安排;在站场运行期间能够极大减少人力的投入,智能管理能节约大量的运行维护成本,给站场建设实现“模块化”、“信息化”、“工厂化”、“标准化”的五化奠定坚实的基础。