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    一、前言

    隨著生產技術的進步，在我們國家的燃氣行業(yè)，為了對外供燃氣進行實時、準確的計量，需要不斷增加科技手段。企業(yè)的遠程監(jiān)控系統(tǒng)從本質上講，它是生產過程信息管理系統(tǒng)的產品之一，它為用戶提供數據收集、數據管理和數據分析功能，形成一體化信息管理數據庫。這些數據可以存儲并轉換成更加清晰易懂的各類管理報表，作為管理或高級管理層集中決策的信息依據，這些依據為更好地為生產，節(jié)能減耗提供良好的科學數據。

    隨著企業(yè)日益完善和企業(yè)內部的管理需要，建立一整套完善的燃氣管網信息系統(tǒng)已勢在必行。邢臺煤氣熱力公司在2005年初進行了系統(tǒng)改造，更換或新添了各個站點的一些硬件設備，通信方式有過去的數傳電臺更換為中國移動公司的GPRS網絡，上為機軟件系統(tǒng)由河北久信電子科技有限公司量身定做。通過半年的運行，各項技術指標均滿足設計要，給企業(yè)管理帶來很大效益。

    二、系統(tǒng)簡介

    本系統(tǒng)為改造原來的電臺系統(tǒng)。改造內容主要有系統(tǒng)軟件、低層數據采集部分、數據傳輸部分，不涉及各站流量表及傳感器部分。

    監(jiān)測控制室是系統(tǒng)基本組成部分，它包括主監(jiān)測計算機、無線GPRS接口設備及打印機等外圍設備。主控計算機和無線GPRS接口設備之間通過標準的通信接口（RS-232/485/RJ45）相連，用于接收各分站發(fā)送過來的數據信息。在用氣分站，現場儀表或傳感器的通信口與無線GPRS終端使用標準的RS232/485線纜相連。實現分站和主站之間通過移動的GPRS網絡平臺進行通訊。

    在實際工作過程中，監(jiān)控室的主控計算機根據實際需求，可以實現中心站對底層子站的招測，同時如果低層儀表具有自動上傳能力，也可以實現不同間隔的數據自動上報。在招測過程中，調度員的點召操作通過GPRS 終端對某一站點發(fā)出操作指令，指令通過中國移動的GPRS網絡平臺到達目的站點，目的站點接收到中心的指令后進行驗證，然后根據運行參數生成相應的數據包，并通過無線GPRS終端經由GPRS網絡發(fā)送回主站。

    三、設計原則

    （一）安全可靠

    選用成熟、安全、可靠性高的技術和產品是實現系統(tǒng)整體高效運行的基礎，在本方案中數據傳輸單元選用河北久信電子科技有限公司的產品，該產品不僅具有穩(wěn)定運行、流量費用低的特點，而且具有數據防錯、檢錯處理等技術確保主體數據安全功能。

    （二）先進性

    系統(tǒng)采用先進成熟公網傳輸技術，應用軟件根據用戶的需求量身定做，無論在設計方案還是實際應用，都符合或超越當前企業(yè)的需求。　　

    （三）實用性

    系統(tǒng)的功能必須充分滿足生產需要，用戶需求。系統(tǒng)功能分析力求完善化、科學化、實用化；界面設計方便、友好使用戶易于理解、掌握、操作。

    （四）易于擴充

    為適應今后燃氣管網發(fā)展的特點和計算機技術的發(fā)展，系統(tǒng)設計必須兼顧考慮到今后的擴展和擴充。所以，在應用軟件的設計上采用了結構化和模塊化的設計方法，使系統(tǒng)邏輯結構清晰、易讀，在功能劃分和設計時，各模塊能相對獨立、減少相關性，易于擴充、維護和修改，使設備配置和系統(tǒng)擴展有更大的自由度和靈活性。

    （五）兼容性

    站級系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、以太網協(xié)議都采用國際標準，使得系統(tǒng)的兼容性大大提高，只要遵守國際標準，任何廠家的設備都可以接入系統(tǒng)。

    （六）高性價比

    系統(tǒng)配置選用高可靠性產品，以得到更好的性能、可靠的質量、周到的服務及最強勁的技術支持，使有限的資金發(fā)揮最大的效益。

圖1 系統(tǒng)拓撲結構

    四、設計方案

    本系統(tǒng)由中心調度站和用戶分站以及通訊系統(tǒng)組成，功能分別如下：

    1．中心調度站：安裝網管計算機、無線GPRS接入設備、打印機等外圍設備。主控計算機和無線GPRS接入設備之間通過RJ45線纜相連。通過GPRS網絡平臺，中心計算機把接受到的用戶分站數據轉換成各項參數存儲到標準數據庫。這些存儲的數據根據用戶需求形成直觀的曲線圖、棒圖、報表等決策類的信息格式。

    2．用戶分站：設在用戶現場，安裝流量計、壓力變送器、數據采集RTU、無線GPRS終端硬件設施，各個一次表的信號通過安全柵和防爆管接到外面的配電箱內。

    3．計量儀表由于具有標準的通信接口，可以通過安全柵直接和GPRS終端相連；壓力變送器可以通過RTU和GPRS 終端相連，把它的4MA～20MA信號傳輸到中心計算機上。拓撲圖如下：

圖2 拓樸圖

    用戶站參數：

    2路模擬量輸入
    2路開關量輸入
    2路開關量輸出

    門站參數：

    8路開關量輸入
    8路模擬量輸入
    8路開關量輸出

    （一）中心調度站設計

    中心調度站是系統(tǒng)的中樞，由其完成對整個系統(tǒng)中所有子站（場站）的數據采集、數據存儲、數據分析、數據動態(tài)顯示的工作，使調度人員能夠實時掌握管網動態(tài)信息、及時處理報警、優(yōu)化調度方案，使管網平穩(wěn)、高效運行。同時，調度中心將實時數據庫的數據轉入具有標準數據庫接口的歷史數據庫中，為未來管理信息系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)提供預留的接口，以提供歷史數據分析和趨勢分析功能，使調度人員能夠完成整個管網預測任務。

    主站計算機通過校驗分析所收到的數據包的完整性，有錯誤或超時仍未收到數據包時，會有相應的報警提示并記錄在數據庫中，成功的通訊則會將各項參數分別存入數據庫，以備操作員和各有關職能部門調用。根據實際工作的需要，程序員能夠制作各種不同形式的表格、曲線、棒圖。具體細節(jié)可由技術協(xié)議而定。遠傳數據采集系統(tǒng)采用無線工作方式，利用無線GPRS終端進行數據傳輸，來實現管網調度人員對各用戶分站的遠程監(jiān)控。

    中心管理軟件具有發(fā)布功能，可以把數據發(fā)布在企業(yè)的局域網上，使所有管理人員能夠通過網絡實現數據共享。

    （二）中心主站軟件功能介紹

    主控室監(jiān)測軟件采用通用編程工具開發(fā)，靈活性好，針對性強，可以對采集來的現場數據和實時數據進行分析、處理、保存、入庫，制作輸出報表，繪出各種曲線，從而實現整個系統(tǒng)的遠程抄表、實時監(jiān)測及自動化管理功能。界面友好，操作簡單方便，真正實現了高效率和辦公自動化。

    該軟件系統(tǒng)是我公司軟件部數名專業(yè)編程人員，采用最新可視化編程語言Delphi 7.0 編寫。在現場工業(yè)條件中經過嚴格測試，運行穩(wěn)定、功能強大，全新中文圖形界面操作方便簡單。豐富多樣的報表由計算機直接打印。尤其是它強大的網絡功能夠實現多方共享。

    根據邢臺煤氣熱力公司的改造需求和本系統(tǒng)的特點，《JX-2004燃氣遠程檢測系統(tǒng)》軟件完全可以解決現有軟件存在的問題，并對一些常用功能做出了加強。比如嵌入一些實際現場界面進行軟件的豐富，使操作人員的操作更加簡單直觀。

    1．用戶地圖

    用戶管理界面采用數字地圖，界面可放大縮小，在此界面上可觀察到各個用戶子站的多種工藝參數運行情況，通過點擊用戶即可進入該用戶實時曲線界面。

    2．報表功能

    日報表統(tǒng)計當天實時的運行數據，列出每天的用氣狀態(tài)和停電時間等情況；月報表統(tǒng)計當月每天的運行數據，列出每天的用氣狀態(tài)和停電時間等情況；年度報表統(tǒng)計一年12個月每月的用氣狀態(tài)和停電情況。報表格式可按照用戶要求定制，由軟件直接進行預覽、打印，無需另行轉換。

    3．圖表曲線功能

    系統(tǒng)可以針對某一站點、某一用戶或者整個系統(tǒng)自動做出多參數日用氣量直方圖趨勢曲線，月用氣量直方圖趨勢曲線，年用氣量直方圖趨勢曲線，或某一時間段內的用氣量趨勢曲線。直觀的反映出各個用戶的用氣情況。曲線可任意放大、縮小和拖動。

    4．故障處理和報警功能

    主控室對于出現的通信故障和參數數據超限、儀表單體故障、市電停電、儀表掉線產生報警，并將產生報警的時間和原因記自動記錄到數據庫當中，幫助操作員直接處理。報警方式為窗口提示、聲音報警等方式可選。

    5．強大的數據庫查詢功能

    數據庫軟件采用SQL SERVER 2000，該軟件適用于多種數據應用環(huán)境，運行穩(wěn)定可靠。對于存儲在其內的數據，操作員可通過設置不同的查詢條件（包括時間范圍、用戶名稱、參數數據范圍等條件）從數據庫中任意獲得各種歷史數據，查詢條件可以單獨設置，多種組合直接支持大于、小于、等于、大于等于、小于等于、不等于、與、或、非等邏輯條件，也可以通過同時設定多種模糊的查詢條件進行組合查詢比如類似于、有存在等。你可以查詢某一時刻的壓力、溫度、瞬時流量、累計流量等參數形成報表。也可查詢報警記錄，獲得產生報警的時間和原因并形成報表。數據庫的維護方便簡單，對于數據的深挖掘深入淺出，可對各種數據進行多種條件分析，并可在權限范圍內實現局域網內數據共享。充分體現出數據庫的巨大優(yōu)勢。

    6．完整設備數據庫

    軟件中可錄入每個站點現場所用設備、管徑等，以及現場聯系人的名字和電話，使用起來更方便。

    7．兼容不同通信協(xié)議

    系統(tǒng)中可有不同廠家的儀表；并可根據用戶要求增加特定的通信協(xié)議。

    8．實時在線功能

    系統(tǒng)對所有監(jiān)測子站能夠進行群收群發(fā)；根據系統(tǒng)要求，對各采集子站設定不同的采集間隔（可以任意設置）。

    9．系統(tǒng)安全設置

    系統(tǒng)設置多級權限，不同權限的功能有所不同。系統(tǒng)管理員可以使用所有的功能，而對于一般用戶來說，數據庫維護，系統(tǒng)維護等一些涉及系統(tǒng)內部安全的設置功能限制使用。

    10．時間同步

    中心監(jiān)測軟件對整個系統(tǒng)現場控制器可進行時間同步化處理，保證用戶分站主動上發(fā)時刻和管網主站時間的整體一致性。

    11．網絡發(fā)布功能

    采集中心服務器運行網絡版的采集軟件，可以通過局域網把各個采集終端的數據共享給有關領導和部門；局域網內的授權用戶可以查看、調閱數據庫的內容，實現辦公自動化。

    五、通信系統(tǒng)設計

    （一）GPRS 通信系統(tǒng)

    GPRS是通用分組無線業(yè)務（General Packet Radio Service）的英文簡稱，是在現有GSM系統(tǒng)上發(fā)展出來的一種新的承載業(yè)務，目的是為GSM 用戶提供分組形式的數據業(yè)務。GPRS采用與GSM同樣的無線調制標準、同樣的頻帶、同樣的突發(fā)結構、同樣的跳頻規(guī)則以及同樣的TDMA幀結構，這種新的分組數據信道與當前的電路交換的話音業(yè)務信道極其相似。因此，現有的基站子系統(tǒng)（BSS）從一開始就可提供全面的GPRS覆蓋。GPRS允許用戶在端到端分組轉移模式下發(fā)送和接收數據，而不需要利用電路交換模式的網絡資源。從而提供了一種高效、低成本的無線分組數據業(yè)務。特別適用于間斷的、突發(fā)性的和頻繁的、少量的數據傳輸，也適用于偶爾的大數據量傳輸。GPRS 理論帶寬可達171.2Kb/s，實際應用帶寬大約在20 Kb/s～70Kb/s，在此信道上提供TCP/IP 連接，可以用于INTERNET 連接、數據傳輸等應用。

    GPRS 是一種新的移動數據通信業(yè)務，在移動用戶和數據網絡之間提供一種連接，給移動用戶提供高速無線IP。GPRS 采用分組交換技術，每個用戶可同時占用多個無線信道，同一無線信道又可以由多個用戶共享，資源被有效的利用。使用GPRS技術實現數據分組發(fā)送和接收，用戶永遠在線且按流量計費，迅速降低了服務成本。

    （二）設備選型

    1．GPRS通信設備選用河北久信電子科技有限公司生產的anylink系列產品JX-5000GPRS終端。

    anylink系列的JX-5000 GPRS數據終端主要技術指標：

    2．數據采集設備設備選用河北久信電子科技有限公司生產的遠程I/O產品。

    ZT-1功能特點：

    8路開關量輸出，可以作為遙控、跳閘或者告警。 

    8路開關量輸入，也可以作為脈沖量輸入。 

    8路直流模擬量輸入，可以接各種變送器。 

    2路直流模擬量輸出，可以對現場設備進行調節(jié)。 

    可自由組態(tài)，掉電參數不丟失。 

    內置專用時鐘芯片，日歷時鐘走時準確。 

    1個標準485通信口，1個232接口，支持MODBUS或其他規(guī)約，擴展更加容易。 

    貼片安裝，無外部總線，可靠性高，抗干擾能力強。 

    卡式導軌或螺絲固定，現場安裝更加方便。 

    1個標準485通信口，1個232接口，支持MODBUS或其他規(guī)約，擴展更加容易。 

    貼片安裝，無外部總線，可靠性高，抗干擾能力強。 

    卡式導軌或螺絲固定，現場安裝更加方便。

    六、應用總結

    通信系統(tǒng)改造后經過半年的實際運行比較，我們可以發(fā)現：

    1．維護量不同。使用數傳電臺不僅在技術指標上不能滿足企業(yè)的需要，而且有很大的維護量，使企業(yè)在生產過程中會背上較大的維護費用的包袱，管理成本明顯很高。而使用GPRS公用網絡，就不存在這個問題，通信的鏈路有當地的中國移動公司負責，減去了企業(yè)維護通信的負擔，減少很大的開支。

    2．通信費用是企業(yè)比較關心的問題。使用中國移動公司的GPRS網絡，其通信費用較低，一般每個子站的通信費用可以控制約為25元，比起數傳電臺的頻率占用費用要低很多。

    3．傳輸的穩(wěn)定性要比數傳電臺好。GPRS公用網絡基站星羅棋布，傳輸性能不受建筑物、地形、刮風下雨等因素的限制，這樣能夠保證整個系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠的運行，保證企業(yè)在生產過程中的效益，通過實時監(jiān)測，杜絕了偷漏跑冒現象等不良現象，保證了企業(yè)的利益。

    4．由于燃氣管網是防爆安全等級很高的管網，由于GPRS天線隱蔽以及設備本身發(fā)射功率低，在加上控制電路的防雷措施，避免了雷擊現象。

    計算機、網絡、數據處理等技術并非一成不變，它們都在不斷發(fā)展，只有把新的技術應用到生產中才能真正地轉化為生產力。