數(shù)據(jù)采集終端在城市供報管網(wǎng)中的應用

分類：解決方案日期：2010-07-16 11:44:41

系統(tǒng)概述

城市供氣管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的主要目的是解決燃氣公司對供氣各環(huán)節(jié)監(jiān)測點的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。該系統(tǒng)由監(jiān)控中心和各個調(diào)壓柜，調(diào)壓站監(jiān)測點組成，各個監(jiān)測點的數(shù)據(jù)采集終端（RTU）可監(jiān)視和采集壓力、流量等各種數(shù)據(jù)，供控制中心及有關部門分析和決策取用，提高工作效率，保證供氣質(zhì)量，滿足日益增產(chǎn)的用氣量的需求。城市供氣管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)可以對遠程現(xiàn)場的運行設備進行監(jiān)視和控制，以實現(xiàn)管道壓力、流量的數(shù)據(jù)傳送及閥門開關的自動控制，降低了故障率和提高了對系統(tǒng)的反應時間。便于及時迅速的了解及控制遠端管道及閥門，低故障率和檢修的時間，減少停氣次數(shù)。各氣體監(jiān)測點的數(shù)據(jù)采集終端可自動采集管道壓力、氣流量的實時數(shù)據(jù)與開關狀態(tài)等數(shù)據(jù)，信息傳輸?shù)饺細夤镜谋O(jiān)控中心，監(jiān)控中心通過對傳輸回的數(shù)據(jù)進行分析，可找到出故障的地點，從而當一個遠端出現(xiàn)故障時，能在最短的時間內(nèi)解決問題，恢復供氣，提高了整體的服務水平，從而實現(xiàn)了城市供氣的信息化、現(xiàn)代化。

目前，燃氣供氣管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)中采用的數(shù)據(jù)通信可簡單分為有線和無線兩大類，其中有線通信主要包括架設光纜、電纜或租用電信電話線、X.25、DDN、ADSL等，而無線則包括超短波通信、擴頻通信、衛(wèi)星通信、GSM 短信/GPRS通信等。

在城市供氣管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)中，由于各管網(wǎng)監(jiān)控點分布范圍廣、數(shù)量多、距離遠，個別點還地處偏僻，因此架設光纜、鋪設電纜難度大、不切合實際，向電信部門租用專用電話線又要申請很多電話線，而且有些監(jiān)控點線路難以到達，況且采用電話線路時需要等待漫長的電話撥號過程，速度慢，運營成本較高，總之監(jiān)控系統(tǒng)采用有線通信方式建設周期長、工作難度大、運行費用高，不便于大規(guī)模使用；與之相比，無線通信方式則顯得非常靈活，它具有投資較少、建設周期短、運行維護簡單、性價比高等優(yōu)點。在監(jiān)控系統(tǒng)中，無線通信方式主要包括：超短波（230MHz）無線數(shù)傳、擴頻、衛(wèi)星通信、GSM數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)等，其中衛(wèi)星通信由于通信費用昂貴，只在一些特殊的領域下使用，未得以普及；而擴頻通信技術雖然速率高，但只能在視距范圍內(nèi)傳輸，應用也受到限制。采用超短波數(shù)傳電臺作為傳輸信道具有組網(wǎng)靈活、擴展容易、維修方便、運行費用低等優(yōu)點，但由于系統(tǒng)工作于230MHz且多采用普通間接調(diào)制的數(shù)傳電臺，這就造成系統(tǒng)易受外界干擾、通信速率低、誤碼率高、數(shù)據(jù)傳送量不大、信號覆蓋范圍小等缺點。

這套系統(tǒng)為城市供氣的科學調(diào)度提供了準確數(shù)據(jù)，保證了全市管網(wǎng)的安全，同時為燃氣公司節(jié)省了大量的人力和資金。這套系統(tǒng)的應用，可以解決了以往城市供氣壓力不均勻，產(chǎn)生了良好的社會意義。

系統(tǒng)結構

系統(tǒng)特點

1、良好的實時響應與處理能力。與短消息服務比較，由于GPRS具有實時在線特性，系統(tǒng)無時延，系統(tǒng)能夠同時實時收取、處理多個所有監(jiān)測點的各種數(shù)據(jù)，無需輪巡就可以同步監(jiān)測點的時鐘可很好的滿足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集和傳輸實時性的要求。

2、遠程儀器設備控制：由于采用GPRS雙向傳輸系統(tǒng)，監(jiān)控中心可以反向實現(xiàn)對儀器設備的時間校正、狀態(tài)報告、開關以及其他監(jiān)測、控制等功能；

3、建設成本低：可充分利用現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡，設備安裝即接通，而采用超短波通信時需要充分考慮現(xiàn)場環(huán)境，還需要配備天線鐵架等附屬設備。

4、安裝調(diào)試簡單，建設周期短：利用現(xiàn)有成熟GSM網(wǎng)絡，系統(tǒng)投入運行時基本不需要調(diào)試，安裝簡捷。采用超短波通信時安裝調(diào)試工作量大，要先進行現(xiàn)場信號測試，天線鐵架架設，天線方向角度調(diào)試等工作。

5、覆蓋范圍廣。構建供氣管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)要求數(shù)據(jù)通信覆蓋范圍廣，擴容無限制，接入地點無限制，能滿足山區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和跨地區(qū)的接入需求。由于管網(wǎng)監(jiān)控點數(shù)量眾多，分布在全市范圍內(nèi)，部分管網(wǎng)監(jiān)控點位于偏僻地區(qū)，而且地理位置分散。采用超短波通訊方式，覆蓋范圍只有30多公里；而采用GPRS方式，理論上在無線GSM/GPRS網(wǎng)絡的覆蓋范圍之內(nèi)，都可以實現(xiàn)監(jiān)控。

6、數(shù)據(jù)傳輸速率高。GPRS網(wǎng)絡傳送速率理論上可達171.2kbit/s，實際應用時數(shù)據(jù)傳輸速率在96Kbps左右，而目前一般的超短波數(shù)傳電臺傳送速率多為2.4kbit/s或更低。

7、系統(tǒng)的傳輸容量大。監(jiān)控中心站要和每一個管網(wǎng)監(jiān)控點實現(xiàn)同時實時連接。由于管網(wǎng)監(jiān)控點數(shù)量眾多，系統(tǒng)要求能滿足突發(fā)性數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?，?/FONT>GPRS技術能很好地滿足傳輸突發(fā)性數(shù)據(jù)的需要，短信有可能會出現(xiàn)阻塞現(xiàn)象（采用短信接收設備方式）

8、通信費用低。由于GPRS采用流量計費的方式，運營維護成本低，月通信費用將在10元之內(nèi)。

系統(tǒng)功能

1)管網(wǎng)監(jiān)控點：（數(shù)據(jù)采集終端+儀表+DTU)

管網(wǎng)監(jiān)控點：各監(jiān)控點通過數(shù)據(jù)采集終端采集如壓力、流量等數(shù)據(jù)，通過內(nèi)置嵌入式處理器對數(shù)據(jù)進行處理、協(xié)議封裝后發(fā)送到GPRS網(wǎng)絡。

2）監(jiān)控中心：(服務器+系統(tǒng)軟件)

服務器申請配置固定IP地址，采用省移動通信公司提供的DDN專線，與GPRS網(wǎng)絡相連。由于DDN專線可提供較高的帶寬，當管網(wǎng)監(jiān)控點數(shù)量增加，中心不用擴容即可滿足需求。監(jiān)控中心RADIUS服務器接受到GPRS網(wǎng)絡傳來的數(shù)據(jù)后先進行AAA認證，后傳送到監(jiān)控中心計算機主機，通過系統(tǒng)軟件對數(shù)據(jù)進行還原顯示，并進行數(shù)據(jù)處理。

3）GPRS/GSM移動數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡：

現(xiàn)場監(jiān)控點采集的數(shù)據(jù)經(jīng)GSM網(wǎng)絡空中接口功能模塊同時對數(shù)據(jù)進行解碼處理，轉換成在公網(wǎng)數(shù)據(jù)傳送的格式，通過中國移動的GPRS無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡進行傳輸，最終傳送到監(jiān)控中心IP地址。

系統(tǒng)控制原則

為保證系統(tǒng)平穩(wěn)、安全、可靠、高效的運行,最大限度減少事故造成的損失, 控制原則如下設定：

■ 分布式控制原則：監(jiān)控系統(tǒng)采用分布式的控制原則,一般的過程控制和設備保護功能由各現(xiàn)場站點內(nèi)的底層控制設備自動執(zhí)行,同時將執(zhí)行結果上傳到中控室。中控室作為運行監(jiān)控的決策機構,可以只是監(jiān)視,不直接介入各現(xiàn)場站控系統(tǒng)內(nèi)的控制,負責各站點之間的協(xié)調(diào)控制，也可以直接介入站控系統(tǒng)進行控制操作處理。

■ 獨立性原則：現(xiàn)場各控制系統(tǒng)之間在設計上應保持相對獨立,不能因其中一個出現(xiàn)故障而影響其他控制系統(tǒng)的運行。

■ 容錯性原則：SCADA系統(tǒng)的軟硬件各個部分或全部的故障不能影響各現(xiàn)場站點的控制和運行。系統(tǒng)對各種控制操作應有基本的診斷和防錯功能,以阻止錯誤操作、誤操作或結果相互沖突的操作。為防止不同操作員對統(tǒng)一監(jiān)控點下達不同的控制指令,造成系統(tǒng)異常動作,應有控制優(yōu)先權處理程序來處理此類指令。

■ 安全管理原則：系統(tǒng)應有嚴格的安全和權限級別限制,不得隨意越權操作。

■ 自動處理原則：一般在門站或調(diào)壓站等站內(nèi)的事故和故障,在沒有及時得到中控室的響應時,應有現(xiàn)場站點的控制設備自動作應急處理操作,同時向控制中心報警和報告處理結果。故障或事故范圍較大,超出現(xiàn)場站的控制范圍時,由中控室協(xié)調(diào)處理,并做出相應的控制操作。

系統(tǒng)效果

下圖為系統(tǒng)架構框架圖，圖中由數(shù)據(jù)傳輸模塊通過GPRS/CDMA功能以公網(wǎng)轉以太網(wǎng)然后傳輸?shù)礁鹘K端監(jiān)控計算機上。

在組態(tài)界面上編寫了燃氣公司各個監(jiān)控站點和所需監(jiān)控的設備，通過組態(tài)可以看到咯設備的運行狀態(tài)，及各控制設備關聯(lián)性。

系統(tǒng)燃氣總覽圖:可以在組態(tài)界面上看到總監(jiān)控數(shù)據(jù)，監(jiān)控流程圖，統(tǒng)計各信息以及各數(shù)據(jù)的趨勢圖及報表等。

各個站點監(jiān)控流程總貌圖：將各監(jiān)控數(shù)據(jù)清晰的在組態(tài)界面上顯示出來，通過無線遠程監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸模塊在不同時間，不同地點就可以監(jiān)控到現(xiàn)場的工作狀態(tài)。

遠程監(jiān)控OPC組態(tài)效果圖：新維致遠遠程OPC支持數(shù)據(jù)動態(tài)顯示，支持遠程對設備的開?？刂萍皵?shù)據(jù)監(jiān)控。軟件操作簡單，實用效果非常大。對于100點以下變量免費開放。用戶只需輸入登錄賬號和密碼即可實現(xiàn)無線遠程監(jiān)控功能。完美的和組態(tài)軟件結合使用，讓用戶對數(shù)據(jù)及界面更加友好，控制方便。