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王小軍　曲柏達　張金權

摘要：GPRS是通用分組無線業務 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模式。本文對城市燃氣管網SCADA數據無線傳輸的集散系統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  數據   傳輸

一、 引言

    隨著環境保護意識的增強，城市燃氣及其配套設施的建設得到了長足的發展。為了保證城市燃氣系統的安全性及經濟性，部分城市燃氣管網采用光纖通信、微波通信、專線接入、衛星通信等幾種方式對SCADA （Supervisory Control And Data Acquisition）數據進行遠傳，實現對管網的遠程監測及控制。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，我國所有城市市區都被移動公網無縫覆蓋，若能利用國家公共移動通信網為城市燃氣SCADA系統提供無線傳輸通道，則不需要在傳輸線路上進行投資，節省建設費用，也可避開地形地貌、城市建筑、城市交通等地理環境的干擾，經濟、靈活，因而具有廣闊的市場前景。

二、 發展現狀

    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的資源為城市燃氣SCADA數據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，也未發現此類專利或文獻。

    目前，無線移動通信網還沒有給SCADA系統提供通信接口，SCADA系統的控制單元（RTU）的遠程通訊鏈路也只提供了常規的VHF/UHF的DFMRADIO、集群RADIO、專線（光纖、DDN）、模擬微波和數字微波通信接口，并沒有提供無線公共移動數字網的通信接口，因此，要實現城市燃氣管網SCADA數據的無線傳輸，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傳送設備是很有意義的。GPRS是通用分組無線業務，是在GSM移動通訊網絡上實現高速移動數據業務，其帶寬和通過現有的標準數據業務的無縫連接，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（保密的底層協議）的GPRS通信控制監控基站，這是具有自主知識產權的特定設備。

三、 無線解決方案

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

1、 系統組成

    基于無線傳輸的城市燃氣輸配管網系統如圖一所示。城市燃氣輸配管網的通信傳輸與監測監控系統由現場I/O控制設備、通信傳輸設備和中心站設備三部分組成。現場I/O控制及通信傳輸設備由遠端收發處理裝置、移動通信直放站（移動通信方式）、城市公共通信網和中心端收發裝置組成；中心站系統由中心站設備、網管系統、CRT和操作控制臺組成。

圖1系統組成

2、工作原理
   

    在城市燃氣輸配管網的儲配站和調壓計量站等節點中加入遠端收發處理裝置，遠端收發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，用于監測和控制流量、壓力和氣質等參數。中心端收發處理裝置通過城市公共通信網與遠端收發處理裝置建立通信通道，把遠端的參數發送到中心站，同時中心站把控制信號發送到遠端裝置，實現數據采集、統計、分析、輸出和現場控制。  

3、需要解決的幾個關鍵問題

    在GSM網絡中加入服務支持節點和網關支持節點就可改造成30Kb/s的寬帶網。GPRS是通用分組無線業務，是在GSM移動通訊網絡基礎上實現高速移動數據業務，該業務可實現與現有的標準數據業務無縫連接。因此，中國移動集團提供的技術對接關系（保密的底層協議）是相關開發的技術基礎。以下兩項技術的開發是城市燃氣管網SCADA數據無線傳輸的關鍵：

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

    參數接口單元裝置如圖二所示。主要實現以下功能：

    節點測量參數通過RTU以RS232方式接收數據，并兩次拆分數據，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據，采用再發送方式。

    提供相應的數字可靠性的設計方案。對數據的接收發送分別由各自的控制器完成，主控制器和相應支持軟件協調完成整個系統的工作。數據比較模塊是通過傳送的兩次數據進行比較作相應處理。

    設有可編程與顯示接口，可對系統進行調試，預設發送閾值、發送模式，實現以下功能：
    ① 上位命令再發送數據；
    ② 定時發送數據；
    ③ 事件發送數據。

（2） 基于GSM/GPRS公共移動數字電信網的傳輸基站接口單元

    傳輸基站接口單元裝置如圖三所示。主要實現以下功能：

    基站通過GSM/GPRS網接收節點測量參數，對其數據進行分組報文解碼，并兩次進行拆分數據的逆運算（數據整合）。

    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，主動發送再傳送命令。

    系統提供相應的數字的可靠性的設計方案。

    設計相應的數據庫，記錄、查詢、檢索相關石油天然氣管道輸運參數數據及相關傳送數據。

    在以上兩項關鍵技術解決的基礎上，通過開發基于GSM/GPRS/CDMA等移動通信技術的具有無線通信收發控制模塊和RTU功能的遠端收發處理裝置、基于PSTN技術的具有有線通信收發控制模塊和RTU功能的遠端收發處理裝置、中心站的收發處理裝置、基于GSM/GPRS/CDMA等移動通信技術的直放站及應用軟件，開發GSM/GPRS通信監控基站、 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議。

四、 結論

    從以上分析可以發現，通過與無線通信服務商合作，對關鍵技術進行聯合攻關，完全可以解決城市燃氣輸配管網RTU設備與控制中心站之間的SCADA數據無線傳輸問題。同時，伴隨者相關技術協議及通信接口的實現，這種傳輸系統還可推廣應用到城市交通信號燈控制、智能小區、家庭抄表和自動售貨等系統中，二次開發的前景廣闊。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議的研發初步達成協議。