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王小軍　曲柏達　張金權

摘要：GPRS是通用分組無線業(yè)務 GPRS可以提供高速Web流覽，這是面向分布的服務而不是集中控制分散采集的集散系統(tǒng)模式。本文對城市燃氣管網(wǎng)SCADA數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)募⑾到y(tǒng)模式的可行性進行了論述，并對需要解決的幾項關鍵技術提出了處理意見。

關鍵詞：燃氣  管網(wǎng)  數(shù)據(jù)   傳輸

一、 引言

    隨著環(huán)境保護意識的增強，城市燃氣及其配套設施的建設得到了長足的發(fā)展。為了保證城市燃氣系統(tǒng)的安全性及經濟性，部分城市燃氣管網(wǎng)采用光纖通信、微波通信、專線接入、衛(wèi)星通信等幾種方式對SCADA （Supervisory Control And Data Acquisition）數(shù)據(jù)進行遠傳，實現(xiàn)對管網(wǎng)的遠程監(jiān)測及控制。但是，由于建設成本較高，工程建設受到地形地貌、城市建筑和無線頻率的限制，日常維護工作繁雜，所以大大增加了燃氣管網(wǎng)的運營成本，同時還存在著通信資源的浪費。
    目前，我國所有城市市區(qū)都被移動公網(wǎng)無縫覆蓋，若能利用國家公共移動通信網(wǎng)為城市燃氣SCADA系統(tǒng)提供無線傳輸通道，則不需要在傳輸線路上進行投資，節(jié)省建設費用，也可避開地形地貌、城市建筑、城市交通等地理環(huán)境的干擾，經濟、靈活，因而具有廣闊的市場前景。

二、 發(fā)展現(xiàn)狀

    在輸氣管道控制方面，國內外都進行了研究，但目前均采用建設成本較高和建設難度大的光纖通信、衛(wèi)星通信和微波通信等方式作為通信信道。利用國家公共移動通信網(wǎng)的資源為城市燃氣SCADA數(shù)據(jù)提供無線通道的相關技術，國內外均未見報導。 經過科技文獻查新檢索，也未發(fā)現(xiàn)此類專利或文獻。

    目前，無線移動通信網(wǎng)還沒有給SCADA系統(tǒng)提供通信接口，SCADA系統(tǒng)的控制單元（RTU）的遠程通訊鏈路也只提供了常規(guī)的VHF/UHF的DFMRADIO、集群RADIO、專線（光纖、DDN）、模擬微波和數(shù)字微波通信接口，并沒有提供無線公共移動數(shù)字網(wǎng)的通信接口，因此，要實現(xiàn)城市燃氣管網(wǎng)SCADA數(shù)據(jù)的無線傳輸，必須解決相關的接口問題。

    研制GSM/GPRS 石油天然氣管道測量參數(shù)傳送設備是很有意義的。GPRS是通用分組無線業(yè)務，是在GSM移動通訊網(wǎng)絡上實現(xiàn)高速移動數(shù)據(jù)業(yè)務，其帶寬和通過現(xiàn)有的標準數(shù)據(jù)業(yè)務的無縫連接，GPRS可以提供高速Web流覽，這是面向分布的服務而不是集中控制分散采集的集散系統(tǒng)模式。中國石油通信公司已經研制了GPRS（30K―100K）通信控制模塊，中國移動集團提供的技術對接關系（保密的底層協(xié)議）是研制GPRS通信控制模塊的技術基礎。中國移動集團提供的技術對接關系（保密的底層協(xié)議）的GPRS通信控制監(jiān)控基站，這是具有自主知識產權的特定設備。

三、 無線解決方案

    城市燃氣輸配管網(wǎng)是一個綜合設施，主要由天然氣輸配管網(wǎng)、儲配站、調壓計量站、控制設施和運行管理等部分組成。城市燃氣輸配管網(wǎng)的通信傳輸與監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)主要完成控制和運行管理操作部分的功能。

1、 系統(tǒng)組成

    基于無線傳輸?shù)某鞘腥細廨斉涔芫W(wǎng)系統(tǒng)如圖一所示。城市燃氣輸配管網(wǎng)的通信傳輸與監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)由現(xiàn)場I/O控制設備、通信傳輸設備和中心站設備三部分組成。現(xiàn)場I/O控制及通信傳輸設備由遠端收發(fā)處理裝置、移動通信直放站（移動通信方式）、城市公共通信網(wǎng)和中心端收發(fā)裝置組成；中心站系統(tǒng)由中心站設備、網(wǎng)管系統(tǒng)、CRT和操作控制臺組成。

圖1系統(tǒng)組成

2、工作原理
   

    在城市燃氣輸配管網(wǎng)的儲配站和調壓計量站等節(jié)點中加入遠端收發(fā)處理裝置，遠端收發(fā)處理裝置的標準接口與計量器、調壓器和氣質檢測儀表的控制接口相連，用于監(jiān)測和控制流量、壓力和氣質等參數(shù)。中心端收發(fā)處理裝置通過城市公共通信網(wǎng)與遠端收發(fā)處理裝置建立通信通道，把遠端的參數(shù)發(fā)送到中心站，同時中心站把控制信號發(fā)送到遠端裝置，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計、分析、輸出和現(xiàn)場控制。  

3、需要解決的幾個關鍵問題

    在GSM網(wǎng)絡中加入服務支持節(jié)點和網(wǎng)關支持節(jié)點就可改造成30Kb/s的寬帶網(wǎng)。GPRS是通用分組無線業(yè)務，是在GSM移動通訊網(wǎng)絡基礎上實現(xiàn)高速移動數(shù)據(jù)業(yè)務，該業(yè)務可實現(xiàn)與現(xiàn)有的標準數(shù)據(jù)業(yè)務無縫連接。因此，中國移動集團提供的技術對接關系（保密的底層協(xié)議）是相關開發(fā)的技術基礎。以下兩項技術的開發(fā)是城市燃氣管網(wǎng)SCADA數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)年P鍵：

（1）基于GSM/GPRS公共移動數(shù)字電信網(wǎng)的石油天然氣管道運行參數(shù)接口單元

    參數(shù)接口單元裝置如圖二所示。主要實現(xiàn)以下功能：

    節(jié)點測量參數(shù)通過RTU以RS232方式接收數(shù)據(jù)，并兩次拆分數(shù)據(jù)，以分組報文編碼形式，打包成符合移動通訊方式傳送。

    檢測基站是否已接收到信息，并作相應處理。當基站沒有接收到該信息時，設備自主從內部存儲器調出數(shù)據(jù)，采用再發(fā)送方式。

    提供相應的數(shù)字可靠性的設計方案。對數(shù)據(jù)的接收發(fā)送分別由各自的控制器完成，主控制器和相應支持軟件協(xié)調完成整個系統(tǒng)的工作。數(shù)據(jù)比較模塊是通過傳送的兩次數(shù)據(jù)進行比較作相應處理。

    設有可編程與顯示接口，可對系統(tǒng)進行調試，預設發(fā)送閾值、發(fā)送模式，實現(xiàn)以下功能：
    ① 上位命令再發(fā)送數(shù)據(jù)；
    ② 定時發(fā)送數(shù)據(jù)；
    ③ 事件發(fā)送數(shù)據(jù)。

（2） 基于GSM/GPRS公共移動數(shù)字電信網(wǎng)的傳輸基站接口單元

    傳輸基站接口單元裝置如圖三所示。主要實現(xiàn)以下功能：

    基站通過GSM/GPRS網(wǎng)接收節(jié)點測量參數(shù)，對其數(shù)據(jù)進行分組報文解碼，并兩次進行拆分數(shù)據(jù)的逆運算（數(shù)據(jù)整合）。

    檢測基站已接收信息的完整性，作相應處理。當基站接收到的信息判斷不完整時，主動發(fā)送再傳送命令。

    系統(tǒng)提供相應的數(shù)字的可靠性的設計方案。

    設計相應的數(shù)據(jù)庫，記錄、查詢、檢索相關石油天然氣管道輸運參數(shù)數(shù)據(jù)及相關傳送數(shù)據(jù)。

    在以上兩項關鍵技術解決的基礎上，通過開發(fā)基于GSM/GPRS/CDMA等移動通信技術的具有無線通信收發(fā)控制模塊和RTU功能的遠端收發(fā)處理裝置、基于PSTN技術的具有有線通信收發(fā)控制模塊和RTU功能的遠端收發(fā)處理裝置、中心站的收發(fā)處理裝置、基于GSM/GPRS/CDMA等移動通信技術的直放站及應用軟件，開發(fā)GSM/GPRS通信監(jiān)控基站、 GPRS直放站。中國移動集團提供的技術對接關系（保密的底層協(xié)議）是研制GSM/GPRS通信控制模塊的技術基礎。中油管道電力通信工程公司已和中國移動通信集團就接入技術初步達成協(xié)議。

四、 結論

    從以上分析可以發(fā)現(xiàn)，通過與無線通信服務商合作，對關鍵技術進行聯(lián)合攻關，完全可以解決城市燃氣輸配管網(wǎng)RTU設備與控制中心站之間的SCADA數(shù)據(jù)無線傳輸問題。同時，伴隨者相關技術協(xié)議及通信接口的實現(xiàn)，這種傳輸系統(tǒng)還可推廣應用到城市交通信號燈控制、智能小區(qū)、家庭抄表和自動售貨等系統(tǒng)中，二次開發(fā)的前景廣闊。目前，中油管道電力通信工程公司已和中國移動通信集團就接入技術協(xié)議的研發(fā)初步達成協(xié)議。