采集的阴极保护数据主要包括：通电电位，断电电位，自然电位，然后将这些数据导入Microsoft Office Excel中做成曲线，然后选取一条0.85V标准线，从这4条曲线中就可以知道哪些桩处电位不满足标准要求，列出这些点，然后分析原因，找到原因进行故障排除，当问题解决后再测试一次上面数据作为管道电保护的基础资料，随时监控保证管道电位的正常运行，减少腐蚀和预防事故。

阴极保护技术是电化学保护技术的一种，其原理是向被腐蚀金属结构物表面施加一个外加电流，被保护结构物成为阴极，从而使得金属腐蚀发生的电子迁移得到抑制，避免或减弱腐蚀的发生。

金属—电解质溶解腐蚀体系受到阴极极化时，电位负移，金属阳极氧化反应过电位ηa 减小，反应速度减小，因而金属腐蚀速度减小，称为阴极保护效应。利用阴极保护效应减轻金属设备腐蚀的防护方法叫做阴极保护 。

　　由外电路向金属通入电子，以供去极化剂还原反应所需，从而使金属氧化反应(失电子反应)受到抑制。当金属氧化反应速度降低到零时，金属表面只发生去极化剂阴极反应。

　　两种阴极保护法 ：外加电流阴极保护和牺牲阳极保护。

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 每种金属浸在一定的介质中都有一定的电位, 称之为该金属的腐蚀电位（自然电位），腐蚀电位可表示金属失去电子的相对难易。腐蚀电位愈负愈容易失去电子, 我们称失去电子的部位为阳极区，得到电子的部位为阴极区。阳极区由于失去电子（如铁原子失去电子而变成铁离子溶入土壤）受到腐蚀，而阴极区得到电子受到保护。

1.管道对地绝缘的检查：从阴极保护的原理介绍, 已得知没有绝缘就没有保护。为了确保阴极保护的正常运行，在施加阴极保护电流前，必须确保管道的各项绝缘措施正确无误。 应检查管道的绝缘接头的绝缘性能是否正常；管道沿线的阀门应与土壤有良好的绝缘；管道与固定墩、跨越塔架、穿越套管处也应有正确有效的绝缘处理措施，管道在地下不应与其它金属构筑物有"短接"等故障；管道表面防腐层应无漏敷点，所有施工时期引起的缺陷与损伤均应在施工验收时使用埋地检漏仪检测，修补后回填。

2.阴极保护投入运行的调试
（1）组织人员测定全线管道自然电位、土壤电阻率、阳极地床接地电阻，同时对管道环境有一个比较详尽的了解，这些资料均需分别记录整理，存档备用。
 （2）阴极保护站投入运行
 按照恒电位仪的操作程序开启，给定电位保持在-1.20伏左右，待管道阴极极化一段时间(4小时以上)开始记录直流电源输出电流、电压，测试通电点电位、管道沿线保护电位、保护距离等。然后根据所测保护电位，调整通电点电位至规定值，继续给管道送电使其完全极化 (通常在24小时以上)。再重复第一次测试工作，并做好记录。若最远端保护电位过低，则需再适当调节通电点电位。
（3）保护电位的控制
 各站通电点电位的控制数值, 应能保证相邻两站间的管段保护电位达到-0.85伏以上，同时各站通电点最负电位不允许超过规定数值。调节通电点电位时，管道上相邻阴极保护站间加强联系，保证各站通电点电位均衡。
（4）当管道全线达到最小阴极保护电位指标后，投运操作完毕，各阴极保护站进入正常连续工作阶段。    

3.检测数据处理

土壤状况数据
采集管道周围的土壤电阻率、土壤含盐量和含水率、管道附近杂散电流强度等数据, 综合比较当地的土壤腐蚀程度。

防腐层检测数据
对防腐层的检测分为两部分, 即地面检测和探坑开挖检测。地面检测主要检测管道涂层破损点数量、位置、破损严重程度及防腐层的绝缘面电阻率,探坑检测主要观测防腐层外观、防腐层与管道的粘接力等状况、测量防腐层厚度等。

管体腐蚀数据
在管体腐蚀状况的测量中, 对管道的剩余壁厚进行了检测, 每个坑检测了5 组数据。每组对管顶、管底及“4, 8”点4 个测试点进行测试, 测量各部分的剩余壁厚。计算出管道的相对腐蚀深度。相对腐蚀深
度的计算方法如下:
A= dt×100%
式中: A—管体腐蚀相对深度
d—管体腐蚀深度
t—管体原始壁厚
注: 由于管道管理记录中没有管道的原始壁厚,所以为不失保守性起见, 这里选取测试最大壁厚作为原始壁厚, 用最大壁厚与最小壁厚之差作为管体腐蚀深度进行计算。

4.管线内电流的测量 
  1、主要工具：蓄电池、可调电阻器、电位差计、电流表、连接电线、纱布、尖嘴钳。
  2、按图连接测量线路，确保蓄电池流出电流与管内电流方向相反。
  3、缓慢调整可调电阻器阻值，增大回路电流，同时注意观察电位差计示值变化。
  4、当电位差计示值为零时，读取电流表读数，恢复可调电阻器至最大电阻值。
  5、重复步骤3、4两次，取三次电流表读数平均值即为管内电流数值。

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 该系统以GIS为管理平台，以SQLSERVER数据库作为数据 库，以GPRS/GSM无线数据通讯等方式为数据传输手段，实现 了对管道保护状况的在线检测。同时，配合阴极保护在线监控 专家系统进行辅助分析，可使整个阴极保护系统处于最佳的工 作状态，最大限度的起到保护的作用。 第6 页 系统架构系 统 软 件 架 构 示 意 图 第7 页 系统架构系 统 拓 扑 结 构 示 意 图 第8 页 系统架构系统构成 （1）管理中心服务器系统 ） 软件： 软件： 阴极保护远程监控系统软件 Windows Sever 2003 SQLSever2008 绑定1个Internet静态IP地址的宽带接入 硬件： 硬件： 服务器 短信接收模块及短信中心手机卡 1套 1套 1套 1条 （使用GPRS方式传输） 1台 1套 （使用GSM方式传输） 第9 页 系统架构（2）阴保站恒电位仪系统 ） 每个阴极保护站需要配备一套阴极保护电源系统，每套阴极保 护电源系统由如下设备构成： IHF数控高频开关恒电位仪 2台 YHS-1控制柜 1台 恒电位仪通讯转换器视现场情况确定。 （3）智能电位采集系统 ） 每个电位采集点需要配备一套智能电位采集系统，每套智能电 位采集系统由以下设备构成： 智能电位采集仪 1台 参比电极 1只 测试桩 1个 第10页 10页 汇报提纲一、引言 二、监测与诊断系统架构 三、监控与诊断系统主要功能 四、监控与诊断系统关键设计 五、结语 第11页 11页 系统主要功能阴极保护在线监控系统 操作员维护以及操作权限的管理； 电子地图的管理，包括地图的漫游、缩放、移动、测量等功能， 图元设备的添加、删除、移动、查询定位、选择等功能； 采用设备分组集中管理模式，对设备具有远程遥控的功能，如即 时采样、设备对时、采样时间设置、断电测试设置等功能； 提供了丰富的日常调查记录的维护功能，如管道外防腐层大修记 录、管道腐蚀泄漏事故及维修、土壤腐蚀电流密度及埋片腐蚀速 度、土壤理化分析结果等14种日常调查记录； 提供了丰富的统计报表和统计图表，统计图表包括数据-时间图表 和数据-里程图表，数据-时间图表能够反映管道某点保护电位的历 史变化趋势，数据-里程图表能够反映整条管线保护电位的历史变 化趋势； 提供了辅助决策分析功能，能够有效的分析设备出现故障的原因；第12页 12页 系统主要功能阴极保护在线监控系统 －－－－－－主界面 第13页 13页 系统主要功能阴极保护在线监控系统 －－－－报表 第14页 14页 系统主要功能阴极保护在线监控系统 －－－－时间图表和里程图表 第15页 15页 系统主要功能阴极保护在线监控专家系统 诊断过程支持回溯操作，诊断支持多结果； 支持通过图形对比方式进行诊断，在GIS平台上，可以通过图 形方式进行诊断，诊断时，系统会先得到部分已有事实，同时 用户在操作时，能够更快、更准确的定位故障现象； 支持直接进行诊断，直接调用专家系统界面，选择相应的故障 现象进行诊断； 对诊断结果可以进行诊断正确率分析，能够更有效的提高诊断 的正确率。 第16页 16页 系统主要功能阴极保护在线监控专家系统 图形对比诊断方式： 第17页 17页 系统主要功能阴极保护在线监控专家系统 直接诊断方式： 第18页 18页 系统主要功能阴极保护在线监控专家系统 故障诊断正确率分析： 第19页 19页 系统主要功能智能电位采集仪 通讯方式支持GPRS方式和GSM方式； 能够定时自动进行数据采集和传输，采集的数据包括管道保护 电位和交流干扰电压； 采用低功耗技术，在使用一次性电池供电、每天采集1条数据 的情况下，设计使用时间10年，且电池易于更换； 能够设定高密度采集时间段，采样频率达到1条/秒，能够有效 检测杂散电流的干扰情况； 能够接收来自监控系统的控制命令，并进行相应的参数调整。   系统主要功能 IHF数控高频开关恒电位仪 全数字控制高频开关电源技术 体积小、重量轻 效率较可控硅提高20％以上 数字存储与通讯，便于联网 中文液晶显示，操作简便 使用维护方便 汇报提纲一、引言 二、监测与诊断系统架构 三、监控与诊断系统主要功能 四、监控与诊断系统关键设计 五、结语 系统关键设计系统总体设计 系统总体架构采用B/S架构，数据库采用SQLSERVER，地 理信息系统采用ARCGIS，专家系统采用PROLOG，开发工具采 用VC.NET。总体设计的关键要点如下： 将静态的GIS系统，提升为动态系统，满足使用与管理的需 要。实现这一目标，是通过设计专用的后台服务程序，在完成 数据通讯的同时，动态刷新GIS信息，将在线监控数据及时呈现 给用户。 专家系统与在线监控系统的整合，是系统总体架构设计的 另一个关键。在系统设计时，提供多个专家系统的诊断入口， 一是从用户使用的GIS平台上提供诊断入口，二是从系统的统计 图表及报表上提供入口。三是独立的诊断入口。  系统关键设计专家诊断系统设计 本项目专家系统采用PROLOG开发平台，总体架构采用经 典的专家系统架构 系统关键设计本系统通过知识维护模块来获取知识，通过对现象、故障、 条件的维护来丰富知识库并设定知识库中的规则；现象由故障 组成，故障由条件来判断其是否发生。 故障诊断模块是对故障进行诊断，通过专家系统的提问以 及用户的回答，来匹配知识库中的规则，从而确定故障是否发 生。诊断时，根据现场的实际情况，先选中一条知识库中已经 维护好的现象，然后增加一条诊断记录。诊断记录增加后可以 进行诊断，根据系统的提问用户进行回答，最后得到可能发生 的故障。 故障统计模块中通过对已经诊断的故障进行确认，来统计 故障发生的概率。确认方式是当现象被诊断后会得到可能发生 的故障，用户在现场实际排查故障时，如果通过专家系统诊断 确认的故障发生了，那么用户需要在专家系统里面对故障进行 确认，从而专家系统可以积累诊断经验。  系统关键设计现象维护 监控系统 知识维护 故障维护 条件维护 专家系统 故障诊断 增加诊断 诊断过程 保存故障 故障确认 故障统计 故障正确率统计  系统关键设计专家系统知识库设计 知识库是知识工程中结构化，易操作，易利用，全面有组 织的知识集群，是针对某一(或某些)领域问题求解的需要，采用 某种(或若干)知识表示方式在计算机存储器中存储、组织、管理 和使用的互相联系的知识片集合。这些知识片包括与领域相关 的理论知识、事实数据，由专家经验得到的启发式知识，以及 常识性知识等。  系统关键设计本系统知识库由中石化管道储运分公司科技处牵头，邀请 了中石化、中石油、解放军等十多个单位的二十多名专家组成 专家顾问团，进行知识的收集整理，确保了知识整理的质量和 覆盖面。 根据阴极保护系统的特点，专家最终确定了阴极保护知识 库的知识构成，共有六大类，33小类，75个故障根源，14种典 型故障曲线。六大类分别是管道、场站和阀室、自然环境、外 部干扰源、牺牲阳极阴极保护系统、强制电流阴极保护系统， 基本涵盖了长输管道阴极保护的所有方面。  汇报提纲一、引言 二、监测与诊断系统架构 三、监测与诊断系统主要功能 四、监控与诊断系统关键设计 五、结语 第30页 30页 结语阴极保护在线监控专家系统实现了对管道阴极保护状况的 在线监测，监测人员可以在室内通过电子地图实时地查看设备 的状态、位置、周边环境以及相关的管道状况，并可根据实际 情况远程调整恒电位仪的工作状态。配合专家系统，可以对阴 极保护的状态及故障进行诊断分析，并给出处理意见。本系统 采用网络架构，部门领导可同时在线查看整个系统的运行情况， 对运行数据的查询可形成各种统计图表和统计报表。 系统解决了以下主要问题： （1）全线阴极保护统一集中管理——使专业人员专注于专业事务 （2）阴极保护状况科学决策分析——给专业人员配备专业的助手 （3）报警定位与重点监测——及时准确 （4）阴极保护数据自动采集

      为了提高长输管道阴极保护系统的工作效能和对管道的有效保护,必须定期准确的采集管道沿线的阴极保护参数.目前国内除少数新建管道阴极保护站和部分电控阀室安装了阴极保护参数远传遥控系统外,管道沿线测试桩的电位仍需人工现场采集.由于长管道原离铁路,公路和人口稠密区,社会依托条件差,测量人员为测量数据经常要徒步穿越于荒野,沟壑之间,既费时又费力.为此研究开发了长输管道阴极保护参数自动采集系统,应用无线传输技术实现了对长输管道阴极保护参数的遥测.测量车在沿管道伴行路行进过程中自动采集并存储阴极保护参数,而不需要人工到测试桩采集(见图1)

       长输管道阴极保护自动采集系统既可以提高长输管道阴极保护参数采集工作的效率,又能保证数据采集的准确性,具有很好的应用前景.

一    系统组成及功能  

      长输管道阴极保护参数自动采集系统由数据接受中心,数据采集系统,无线数据传输系统和电源供电系统等组成.系统分两部分,及现场部分和车载部分.现场部分包括阴极保护参数传感器,数据采集系统和无线传输系统的下位机.车载部分包括数据接受中心,全球卫星定位系统信号接收机和无线传输系统的上位机(见图2).

1  数据接收中心

       数据接收中心是整个系统的数据接收处理与控制中心,它由笔记本电脑,全球卫星定位系统信号接收机和相应的软件组成,并与无线传输系统的中心机相连接,安装在测量车上.当测量车沿管道进行测量时,数据接收中心开始工作,它负责接收全球卫星定位系统的定位信号 ,并与系统内个测量点的坐标位置相比较,在测量车与测量点在接近到一定距离时,发出测量点编码和指令给与之相连接的无线传输系统的中心机,通过无线传输系统将指令传给相应编码的数据采集系统,系统将测量的阴极保护系统参数传给数据接收中心,中心接收并处理中心机传来的数据,确认其数据的可靠性,然后将处理的数据进行存储.数据采集系统流程见图3.

2    数据采集系统

        数据采集系统负责完成阴极保护系统参数的采集,存储和发送控制工作,机内可存储阴极保护系统运行参数,每个数据采集系统都有一个编号,并与无线传输系统的子站相连接,数据采集系统安装在阴极保护现场的各个测量点.数据采集系统包括值班电路,测量电路和发射控制电路等三部分.为了减小系统的电源消耗,除值班电路24小时连续工作 外,测量电路和发射控制电路则根据需要开启.当预定测量时间到,启动测量电路测量并存储阴极保护系统参数,然后关闭测量电路,当通过无线传输系统的子站接收到数据接收中心的工作指令后,启动子站的发射电路,将自身编码和存储的阴极保护系统参数通过无线传输系统发送给数据接收中心,待数据确认后,关闭发射电路.其工作流程如图4所示.

3      无线传输系统

        无线传输系统负责数据接收中心和数据采集系统之间的通信工作,系统分为中心机和子机两部分,中心机与数据接收中心相连接,子机与数据采集系统相连接,采用无线数据传输技术进行通信.频率选用公用频率.

4      测试桩的定位

        测试桩是现场阴极保护系统运行参数测量取样点.为了保证阴极保护参数无线遥测系统能准确测量相对应测量桩上阴极保护系统的运行参数,必须对测量桩进行准确定位.系统利用全球卫星定位系统 ,首先测量出各测试桩的地理位置坐标,并将测量数据及对应的测试桩编号输送到数据接收中心,当数据接收中心安装在测量车进行测量时,通过全球卫星定位系统将测量到的测量车当前的地理位置坐标与机内的各测试桩的地理位置坐标相对比,就能准确测定测量车与测试桩的相对位置,从而避免发生漏测或错测测试桩的参数.

5     阴极保护电位传感器

        数据采集系统所采用的阴极保护电位传感器(极化探头)可消除90%左右的土壤中IR降,已确保所测量的阴极保护电位的准确性.

6      供电系统

        数据接收中心及无线传输系统的中心机的用电由测量车的12V蓄电池供电.安装在测试桩上的数据采集系统及无线传输系统子站的用电可选择可靠性较高的太阳能蓄电池共给.

二、系统的性能测试

1 、　数据采集与传输可靠性测试

表1 中的测量结果表明,在阴极保护电位数据范围内( - 300～ - 2000mV) ,系统的测量误差在1 %以内,而且这一误差完全来自数据采集系统的模数转换误差。该部分误差还可以通过软件加以修正,使系统误差进一步减小。

阴极保护原理　:

金属—电解质溶解腐蚀体系受到阴极极化时，电位负移，金属阳极氧化反应过电位ηa 减小，反应速度减小，因而金属腐蚀速度减小，称为阴极保护效应。利用阴极保护效应减轻金属设备腐蚀的防护方法叫做阴极保护 。

　　由外电路向金属通入电子，以供去极化剂还原反应所需，从而使金属氧化反应(失电子反应)受到抑制。当金属氧化反应速度降低到零时，金属表面只发生去极化剂阴极反应。 　　两种阴极保护法 ：外加电流阴极保护和牺牲阳极保护。 　　阴极保护行业在国内的发展已日趋成熟，随着行业及国家标准的日趋完善，阴极保护专业技术与实际性能也越来越被长输管线、及储油罐大型项目的投资者所青睐，过去投资过的项目通过几年的检测与评估确实达到了良好的效果。

长输管道阴极保护监测与诊断系统引言 长输管道阴极保护是管道日常管理的重要工作内容， 主要包括两个方面的工作， 既阴极 保护运行数据的采集和阴极保护运行数据的分析。 长期以来，由于线路长、监测点分散、交通不便，监测工作实施与管理难度高，工作量 大，为此，国外在上世纪 70～80 年代首先开始进行远程监测方面的研究，主要采用的技术 方案是飞机遥测和卫星通讯遥测，这些技术的运用，在一定程度上，达到了提高监测效率， 降低劳动强度的目标，但高昂的数据采集成本限制了此类技术的应用。 在数据分析方面， 美国环境总署曾经组织了有关的专家， 建立一套阴极保护系统的运行 维护软件，该软件包括：腐蚀防护的教育和智能性专家诊断系统，可实现数据记录、智能性 专家诊断、设备查询、日常管理确定敏感地区的管道位置，以便发生故障时，及时提供相关 的详细资料。 同时也可提供管道事故的预警信息。 便于管理部门及时准确的了解有关的阴极 保护信息，也便于具体执行人员的自检和系统阴极保护的信息积累。

阴极保护技术具有较强的专业性， 当前国内管道管理部门的阴极保护专业工程技术人员 不足，而需要管理的管道却在不断增加，因此，通过采用新技术手段，提高阴极保护管理的 水平成为发展的必然。 1 长输管道阴极保护监测与诊断系统架构 阴极保护在线监控专家系统是一套面向阴极保护领域的无线远程智能在线监控和专 家决策支持系统。该系统以地理信息系统（GIS）为管理平台，以 SQLSERVER 数据库作为系 统统一的数据库，以公共无线数据通讯方式（GPRS/GSM）和其他有线通讯方式相结合的方式 为数据传输手段， 以低成本的方式实现遥测和遥控； 该系统实现了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， 可以使得整个阴极保护系统处于最佳的工作状态， 最 大限度的起到保护的作用。 系统工作流程 1）系统工作流程 用户通过 GIS 应用程序提供的电子地图、图表和报表，可以直观的观察到管道沿 线保护情况，同时可以通过专家系统进行辅助决策，帮助用户分析阴极保护系统 中相关部分故障的原因和应对措施。 恒电位仪数据通过有线通讯方式，利用用户原有通讯网络传送到异地的中心机房 服务器，最后通过服务器中对应的后台服务程序完成数据处理。对于没有有线通 讯条件的恒电位仪，其数据通过 GPRS 无线通讯方式进行传输。 智能电位采集终端将采集的电位数据通过 GPRS 无线通讯方式传送到 INTERNET 网 上，通讯协议采用 TCP/IP，数据通过 INTERNET 网传送到服务器中，最后通过服务 器中对应的后台服务程序完成数据处理。 后台服务程序在数据处理时，同时完成数据的存储、通讯和与 GIS 系统的信息交 换工作。在 GIS 系统不工作时，可以实现自动的数据接受和信息下发功能。满足 数据采集无人的要求。

1) 管理中心服务器系统 软件： 阴极保护远程监控专家系统软件 1套 Windows Sever 2003 1套 SQLSever2008 1套 硬件： 服务器 1台 1 个 Internet 静态 IP 地址的宽带接入 1 条 （GPRS 通讯） 短信接收模块及短信中心手机卡 1 套 （GSM 通讯） (2) 阴保站恒电位仪系统 每个阴极保护站需要配备一套阴极保护电源系统， 每套阴极保护电源系统由如下设备构 成： IHF 数控高频开关恒电位仪 2台 YHS-1 控制柜 1台 恒电位仪通讯转换器视现场情况确定。 (3) 智能电位采集系统 每个电位采集点需要配备一套智能电位采集系统， 每套智能电位采集系统由以下设备构 成： 智能电位采集仪 1台 长效参比电极 1只 水泥桩或钢桩 1个 2 长输管道阴极保护监测与诊断系统主要功能 阴极保护在线监控专家系统结合地理信息系统（GIS）技术、专家系统（Prolog）技术、 无线通讯（GPRS/GSM）技术和数据库技术，实现了被保护体及其附属设施的维护、终端设 备的远程监控和遥控、 图形化的管理、 数据的查询与分析以及对出现的故障进行诊断等功能。 在线监控专家系统的主界面如下图， 从界面中可以直观的查看管道的走向、 设备的位置以及 异常检测点的特殊显示，从而有利于及时掌握阴极保护的运行情况。 阴极保护在线监控专家系统主界面 其主要功能包括： (1) 专家诊断系统 系统内部集成的阴极保护专家系统， 能够在充分利用监控数据的基础上， 有效地对 阴极保护运行过程中出现的问题进行诊断，并给出故障发生的原因和相应的处理意见， 从而给故障排查和维修提供了依据，提高了科学性和准确性。 在 GIS 界面直接调用专家诊断功能 图5 统计查询界面中关联诊断功能 图6 图形对比诊断界面 图7 故障诊断界面 图8 故障诊断报告 (2) 报警功能及动态响应 设备自动上传的数据，管理软件自动检测报警状态，当超出限定值时，标记该记录 为报警记录， 同时在电子地图中相应的设备图标标记为红色， 以警示管理者对该监测点 附近管道的运行情况进行排查。 (3) 数据汇总统计 系统提供了对历史数据的报表统计和图表统计的功能， 图表分为时间图表和里程图 表。 时间图表反应某检测点电位的历史变化情况， 里程图表通过管道沿线各监测点的数 据能够反映整条管道保护效果的变化趋势。智能电位采集仪保护电位-时间图表  智能电位采集仪交流干扰电压-时间图表恒电位仪输出电压、电流、保护电位综合图表 图 12 管道沿线保护电位-里程图表 .管道沿线恒电位仪输出电压-里程图表 (4) 设备监控管理 以管道、管段的分类方式对设备进行分组管理，实现设备信息的维护，设备包括智 能采集仪、恒电位仪、牺牲阳极、普通电流桩、普通电位桩等，其中能对智能电位采集 仪和恒电位仪进行远程遥控，远程控制命令包括设备对时、参数设置、即时采样、采样 时间设置等。 (5) 地理信息系统平台 地理信息系统平台 地理信息包括地图的基本操作（地图缩放、移动、面积和距离测量、图元设备的选 择和移动等） ，管道的绘制、监测设备的选择及注释信息的维护等功能；属性信息包含 操作员管理、权限管理、基础数据管理等功能。 (6) 阴极保护日常记录维护 系统中提供了常数管线日常维护记录的录入和保存功能， 如管道防腐层绝缘电阻检 测记录、管道防腐层大修记录、土壤理化性分析记录等，通过查询、分析日常记录能进 一步掌握管道的运行情况。 (7) 系统操作日志维护 提供了操作员的操作日志和设备的通讯情况日志， 便于系统的维护和对操作员的监 督。 (8) 管道保护电位监测——智能电位采集仪 管道保护电位监测—— ——智能电位采集仪 智能电位采集仪应用了无线通讯技术、 低功耗技术， 实现了管道保护电位的自动检 测、数据采集与传输。 支持 GPRS、GSM 无线数据通讯方式。 每天定时自动采集和上传数据，支持数据存储。 支持连续检测，采样频率达到 1 条/秒，能够有效检测杂散电流干扰。 支持断电测试检测，采样频率达到 30 条/秒。 低功耗设计，设计指标 10 年内无需更换电池。 稳定可靠，主机允许埋地或在水下使用。 现场安装形式多样，满足防盗需要，测试桩形式有水泥测试桩和钢管测试桩。 安装方便，免维护。 智能电位采集仪及其在西二线和川气东送现场安装图 (9) 恒电位仪远程监控——IHF 数控高频开关恒电位仪 恒电位仪远程监控—— —— IHF 数控高频开关恒电位仪的主要功能特点如下： 采用全数字控制高频开关电源技术。 数字通讯接口，易于联网和远程监控。 中文液晶显示，操作简便。 工作参数自保持，可实现无人值守。 控制精度高，工作范围宽。 流经参比电极电流小，参比电极抗干扰能力强。 体积小、重量轻，约为相控电源的 1/5 。 整机效率较高，效率较可控硅提高 20％以上。 电网适应能力强，环境适应性较好。 使用维护方便 。

3 阴极保护监控与诊断系统关键设计 阴极保护监控与诊断系统关键设计 1）系统总体设计 ） 系统总体架构采用 B/S 架构，数据库采用 SQLSERVER，地理信息系统采用 ARCGIS， 专家系统采用 PROLOG，开发工具采用 VC.NET。总体设计的关键要点如下： 将在线监控系统的数据（恒电位仪、智能电位采集仪等）随时体现在用户使用操作 的 GIS 平台上，将静态的 GIS 系统，提升为动态系统，满足使用与管理的需要。 实现这一目标，是通过设计专用的后台服务程序，在完成数据通讯的同时，动态 刷新 GIS 信息，将在线监控数据及时呈现给用户。 专家系统与在线监控系统的整合，是系统总体架构设计的另一个关键。专家系统诊 断功能是否方便，直接关系到系统的易用性。在系统设计时，提供多个专家系统 的诊断入口，一是从用户使用的 GIS 平台上提供诊断入口，二是从系统的统计图 表及报表上提供入口。这两种入口，均可以将管道现有相关信息直接带入专家诊 断过程中，诊断效率高，操作简便。三是相对独立的诊断入口，诊断所需信息全 部需要手工输入，该方式十分灵活，不仅可以诊断本管道的问题，也可以分析诊 断其他管道的信息。 2）专家诊断系统设计 ） 本项目专家系统采用 PROLOG 开发平台，总体架构采用经典的专家系统架构，如下图 所示： 专家系统结构示意图 考虑到 PROLOG 语言的特点，结合本系统的要求，系统呈现在用户面前的内容主要包 括：知识维护、故障诊断、故障统计三个主要部分，其余的推理机、解释器、知识获取过程 等，均在软件内实现。 本系统通过知识维护模块来获取知识，通过对现象、故障、条件的维护来丰富知识库并 设定知识库中的规则；现象由故障组成，故障由条件来判断其是否发生。 故障诊断模块是对故障进行诊断， 通过专家系统的提问以及用户的回答， 来匹配知识库 中的规则，从而确定故障是否发生。诊断时，根据现场的实际情况，先选中一条知识库中已 经维护好的现象，然后增加一条诊断记录。诊断记录增加后可以进行诊断，根据系统的提问 用户进行回答，最后得到可能发生的故障。 故障统计模块中通过对已经诊断的故障进行确认， 来统计故障发生的概率。 确认方式是 当现象被诊断后会得到可能发生的故障， 用户在现场实际排查故障时， 如果通过专家系统诊 断确认的故障发生了， 那么用户需要在专家系统里面对故障进行确认， 从而专家系统可以积 累诊断经验。 现象维护 监控系统 知识维护 故障维护 条件维护 专家系统 故障诊断 增加诊断 诊断过程 保存故障 故障确认 故障统计 故障正确率统计  专家系统界面架构示意图 专家系统知识库设计 ） 知识库(Knowledge Base)是知识工程中结构化，易操作，易利用，全面有组织的知识集 群， 是针对某一(或某些)领域问题求解的需要， 采用某种(或若干)知识表示方式在计算机存 储器中存储、组织、管理和使用的互相联系的知识片集合。这些知识片包括与领域相关的理 论知识、事实数据，由专家经验得到的启发式知识，以及常识性知识等。 考虑到阴极保护知识的特点， 如何获取更多的现场经验和典型案例， 是摆在项目开发组 面前的关键问题。为了保证系统开发的顺利进行，由中石化管道储运分公司科技处牵头，邀 请了中石化、中石油、解放军等十多个单位的二十多名专家组成专家顾问团，通过会议、函 审、查阅科技文献等方式，进行知识的收集整理，确保了知识整理的质量和覆盖面，这一措 施，为阴极保护在线监控专家系统的研制成功，提供了有力的保证。 根据阴极保护系统的特点，专家最终确定了阴极保护知识库的知识构成，共有六大类， 33 小类，75 个故障根源，14 种典型故障曲线。六大类分别是管道、场站和阀室、自然环境、 外部干扰源、牺牲阳极阴极保护系统、强制电流阴极保护系统，基本涵盖了长输管道阴极保 护的所有方面。 4）智能电位采集仪设计 ） 本系统的主要硬件设备为恒电位仪和智能电位采集仪， 多数恒电位仪在场站中， 具备供 电及通讯条件，容易实现远程监控。管道沿线电位采集现场则不具备这些条件，因此，智能 电位采集仪的设计是系统硬件设计的关键环节。 智能电位采集仪设计的关键是电源和通讯。 管道沿线没有电源，采用太阳能供电，容易损坏和丢失，因此，采集仪最终选用了“一 次性电池供电＋低功耗”设计方案，在待机状态下，功耗小于 10 微安，电池选用一次性高 能电池，工作寿命超过 10 年。 管道沿线没有有线通讯条件， 采用飞机遥感或卫星通讯费用较高， 采用微波通讯可靠性 无法保证，且频率资源申请困难，目前公共无线通讯覆盖范围很广，大多数管道途径区域均 有无线信号，因此，最终选择 GPRS/GSM 无线通讯方式作为采集仪通讯手段，较好的解决 了数据通讯的问题。 4 小结 阴极保护在线监控专家系统实现了对管道阴极保护状况的在线监测， 监测人员可以在室 内通过电子地图实时地查看设备的状态、位置、周边环境以及相关的管道状况，并可根据实 际情况远程调整恒电位仪的工作状态。 配合专家系统， 可以对阴极保护的状态及故障进行诊 断分析，并给出处理意见。本系统采用网络架构，部门领导可同时在线查看整个系统的运行 情况，对运行数据的查询可形成各种统计图表和统计报表。 针对管道阴极保护管理的需要，本系统主要解决了如下问题： ——使专业人员专注于专业事务 （1）全线阴极保护统一、集中管理——使专业人员专注于专业事务 ）全线阴极保护统一、集中管理—— 阴极保护在线监控专家系统是一套集设备监控、数据自动采集、数据自动存储、数据查 询、 故障诊断于一体的管理系统， 便于管理单位的阴保专业工程师进行全线阴极保护的监控 与管理，能够有效的掌握恒电位仪的运行情况和被保护体的保护情况，从而实现统一、集中 管理。 系统的应用， 可以将专业人员从日常工作中解放出来， 集中精力处理阴极保护系统的关 键问题，提高阴极保护系统的保护效果，进而延长埋地管道、储罐及场站管网的安全运行寿 命。 ——给专业人员配备专业的助手 （2）阴极保护状况科学决策分析——给专业人员配备专业的助手 ）阴极保护状况科学决策分析—— 系统内部集成的阴极保护专家系统， 能够在充分利用监控数据的基础上， 有效地对阴极 保护运行过程中出现的问题进行诊断， 并给出故障发生的原因和相应的处理意见， 从而给故 障排查和维修提供了依据，提高了科学性和准确性。 ——及时准确 （3）报警定位与重点监测——及时准确 ）报警定位与重点监测—— 监控系统具有自动数据分析功能，当数据异常时系统会自动报警，同时结合 GIS 平台， 能够及时、准确的定位报警点。 对于已知的干扰部位，能够通过连续监测等手段，详细监测重点区段运行情况，为诊断 分析提供有效信息。 ——简单方便 （4）阴极保护数据自动采集，智能采集仪免维护——简单方便 ）阴极保护数据自动采集，智能采集仪免维护—— 智能电位采集仪和恒电位仪自动化的数据采集， 能够客观的反应阴极保护状况的实际情 况，能够有效的杜绝人为的测量误差，长期的连续监测过程能够实现阴极保护的数据积累， 便于掌握管网的阴极保护状况和反应阴极保护状况的历史变化趋势。 智能电位采集仪设计指标 10 年免维护，大大减轻了系统后期管理的工作量，方便了用 户的使用。

CST600RD阴极保护数据监测器 技术参数

测量通道：4 个
输入阻抗: 10¹⁰Ω||20pF
最大测量电位范围：0～5V
数据分辨率：AD 16bit
数据采集速率：0.01～1000Hz（智能可变）
Flash数据存储器:1M～32Mbytes, 可保存1～3年的全部测数据（16bit）
电位分辨率：0.1mV
放大器偏置电流：10pA
实时钟误差：±1分钟/年(自带电池)
通讯协议：RS485，botel：9600bps
电源：单节3.6V锂电池
工作电流：<3mA，待机电流：<0.3mA
电池工作时间：>1000小时
工作环境条件：温度-20℃～70℃，相对湿度75%以下。空气中无强烈腐蚀性气体。

CST600RD阴极保护数据监测器 仪器体积：10厘米(宽)×6厘米（深）×5厘米(高)
           仪器重量：<0.3公斤

• CST600RD阴极保护数据监测器 主要特点

• 1)多通道测量；
  2）通过高、低采样速率的切换确定阴极保护深度；
  3）可以实时、连续、远程监测腐蚀状态。

• CST600RD阴极保护数据监测器 仪器介绍

• CST600RD阴极保护数据监测器可以对1～4个通道的保护电位进行长时间连续监测；其变速率的独特设计可确保保护电流切断的瞬间具有高采样速率，而在后期具有低采样速率，用于确定阴极保护深度。
  检测器由高品质CMOS和BiFET^?集成电路组成，内部采用高可靠性的80C51F工业级控制芯片，以及高精度低功耗放大器, 内置二阶低通滤波器，可以有效消除高频噪声进入测量单元。检测器内置1~32Mbytes Flash非遗失数据存储器，能存储1~3年的测量数据，内部的高精度实时日历时钟提供监测数据的日历标志，方便数据回放。检测器采用高性能工业级元件及防爆、防潮（EXII级）机箱，属本安型防爆等级，适用于易燃易爆环境使用。
  检测器采用GPRS或GSM 无线通讯模式，实行远程测控，可直接将阴极保护电位测量数据传送到远端的监控中心，通过腐蚀数据分析软件；可用于实时在线监测腐蚀状态，并具备保护电位异常自动报警功能。检测器内置防水通讯接口，可让用户在室外用笔记本电脑将检测器历史数据读出，并可进行数据分析、打印。
  检测器具有高效的电源管理模式，在数据采集结束后自动进入低功耗停机模式，延长电池使用时间。采用大容量锂电池，可以实现连续工作1年不用换电池。也可以采用太阳能电池供电，方便于无人值守。机箱小巧，可之间安装于测试桩内，方便管理。
  CST600RD阴极保护数据监测器 适用领域
  微机控制，全自动测量，适于实验室和现场使用。
  CST600RD阴极保护数据监测器 仪器配置
  1) 数据采集软件
  2) 可选GPRS远程数据传送模块，可将现场数据传送到监控中心，实现无线测控。

对输油管道的腐蚀性保护一般采用外防腐涂层与阴极保护相结合的方式。阴极保护大致分为牺牲阳极法和外加电流法两种。外加电流法在实施大范围野外阴极保护时比较经济，但对附近金属结构的影响较大，需要有专人管理维护，并需要有稳定可靠的不间断电源，需要对管线上装有的阴极保护装置实行不间断的监测和控制。对输油管道阴极保护装置的监测与控制一般多为管道巡视员或维修工定期巡回检查，随着油田现代化管理水平的不断提高，迫切需要无人值守来替代。

 系统组成及工作原理

1.1系统结构

该系统由监控中心和阴极保护装置监控系统两部分组成。监控中心作为操控终端，由运行在工控机上的监控软件提供人机界面，接受遥控指令输入，并按一定帧格式形成遥控命令，通过GPRS网络发送给阴极保护装置监控系统，并接收回传的阴极保护设备工作状态，以直观的方式显示和告警。系统结构如图1所示。

本方案中，中心站采用无线网卡接入，实时接收采集子站发送的数据，并对各子站进行实时监控。各采集子站的现场仪表通过RS-232通信口与GPRS DTU（无线数据传输终端设备）传输模块连接，每一个GPRS DTU传输模块装入一个中国移动的数据SIM卡即可

1.2工作原理

基于GPRS的遥控遥测系统的监控中心服务器是一台具有固定IP地址的主机，并可接入Internet等外部数据网。

阴极保护装置终端主要由GPRS无线通信模块、中央控制器、电源模块构成。GPRS无线通信模块主要用来接入GPRS网络；中央控制器与GPRS无线通信模块相连接，把工作状态、温度、压力等信息按照相应的格式进行打包后，通过GPRS网络发往监控中心，并接收监控中心的下传信息，控制其工作状态。中央控制器相当于终端设备，GPRS无线通信模块相当于移动终端。

中央控制器将信息数据按照UDP（用户数据报协议）的格式封装成UDP数据包，然后加上IP报头和报尾封装成IP数据报。中央控制器与无线通信模块之间的通信遵循PPP（点对点协议），因此，需要将IP数据报按照PPP帧的帧格式封装成PPP帧，然后才能通过串口传给无线通信模块。无线通信模块将数据报转换成SM消息，通过无线链路传送到SGSN。SGSN进行相应的协议转换，按照GPRS特有的GTP（GPRS隧道协议）将其封装成GTP包，然后通过GPRS骨干网传送到相应的GGSN。GGSN也进行相应的协议转换，再根据外部数据网的协议格式进行新的封装，并且根据其目的IP地址选择路由进行传送。监控中心收到上传的信息数据后，根据移动终端的IP地址和端口号下发确认信息给阴极保护装置终端。虽然UDP是无连接的、无确认的、不可靠的数据报协议。但是由于其格式较TCP（传输控制协议）简单，所以仍选择UDP作为传输层协议，但对其进行了改进，使它成为无连接带确认的数据报协议，提高了数据传输的可靠性。

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