數(shù)據(jù)采集終端在城市供報(bào)管網(wǎng)中的應(yīng)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?xì)夤緦?duì)供氣各環(huán)節(jié)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。該系統(tǒng)由監(jiān)控中心和各個(gè)調(diào)壓柜，調(diào)壓站監(jiān)測(cè)點(diǎn)組成，各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)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(guān)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(duì)遠(yuǎn)程現(xiàn)場的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實(shí)現(xiàn)管道壓力、流量的數(shù)據(jù)傳送及閥門開關(guān)的自動(dòng)控制，降低了故障率和提高了對(duì)系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間。便于及時(shí)迅速的了解及控制遠(yuǎn)端管道及閥門，低故障率和檢修的時(shí)間，減少停氣次數(shù)。各氣體監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集終端可自動(dòng)采集管道壓力、氣流量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與開關(guān)狀態(tài)等數(shù)據(jù)，信息傳輸?shù)饺細(xì)夤镜谋O(jiān)控中心，監(jiān)控中心通過對(duì)傳輸回的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可找到出故障的地點(diǎn)，從而當(dāng)一個(gè)遠(yuǎn)端出現(xiàn)故障時(shí)，能在最短的時(shí)間內(nèi)解決問題，恢復(fù)供氣，提高了整體的服務(wù)水平，從而實(shí)現(xiàn)了城市供氣的信息化、現(xiàn)代化。

目前，燃?xì)夤夤芫W(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(shè)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(kuò)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(diǎn)分布范圍廣、數(shù)量多、距離遠(yuǎn)，個(gè)別點(diǎn)還地處偏僻，因此架設(shè)光纜、鋪設(shè)電纜難度大、不切合實(shí)際，向電信部門租用專用電話線又要申請(qǐng)很多電話線，而且有些監(jiān)控點(diǎn)線路難以到達(dá)，況且采用電話線路時(shí)需要等待漫長的電話撥號(hào)過程，速度慢，運(yùn)營成本較高，總之監(jiān)控系統(tǒng)采用有線通信方式建設(shè)周期長、工作難度大、運(yùn)行費(fèi)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(shè)周期短、運(yùn)行維護(hù)簡單、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。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(kuò)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(fèi)用昂貴，只在一些特殊的領(lǐng)域下使用，未得以普及；而擴(kuò)頻通信技術(shù)雖然速率高，但只能在視距范圍內(nèi)傳輸，應(yīng)用也受到限制。采用超短波數(shù)傳電臺(tái)作為傳輸信道具有組網(wǎng)靈活、擴(kuò)展容易、維修方便、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，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(tái)，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(hào)覆蓋范圍小等缺點(diǎn)。

這套系統(tǒng)為城市供氣的科學(xué)調(diào)度提供了準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，保證了全市管網(wǎng)的安全，同時(shí)為燃?xì)夤竟?jié)省了大量的人力和資金。這套系統(tǒng)的應(yīng)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(huì)意義。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)特點(diǎn)

1、良好的實(shí)時(shí)響應(yīng)與處理能力。與短消息服務(wù)比較，由于GPRS具有實(shí)時(shí)在線特性，系統(tǒng)無時(shí)延，系統(tǒng)能夠同時(shí)實(shí)時(shí)收取、處理多個(gè)所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的各種數(shù)據(jù)，無需輪巡就可以同步監(jiān)測(cè)點(diǎn)的時(shí)鐘可很好的滿足系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)采集和傳輸實(shí)時(shí)性的要求。

2、遠(yuǎn)程儀器設(shè)備控制：由于采用GPRS雙向傳輸系統(tǒng)，監(jiān)控中心可以反向?qū)崿F(xiàn)對(duì)儀器設(shè)備的時(shí)間校正、狀態(tài)報(bào)告、開關(guān)以及其他監(jiān)測(cè)、控制等功能；

3、建設(shè)成本低：可充分利用現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)，設(shè)備安裝即接通，而采用超短波通信時(shí)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(shè)備。

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

5、覆蓋范圍廣。構(gòu)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(kuò)容無限制，接入地點(diǎn)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(diǎn)數(shù)量眾多，分布在全市范圍內(nèi)，部分管網(wǎng)監(jiān)控點(diǎn)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(luò)的覆蓋范圍之內(nèi)，都可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。

6、數(shù)據(jù)傳輸速率高。GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送速率理論上可達(dá)171.2kbit/s，實(shí)際應(yīng)用時(shí)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(tái)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(gè)管網(wǎng)監(jiān)控點(diǎn)實(shí)現(xiàn)同時(shí)實(shí)時(shí)連接。由于管網(wǎng)監(jiān)控點(diǎn)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(shù)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(huì)出現(xiàn)阻塞現(xiàn)象（采用短信接收設(shè)備方式）

8、通信費(fèi)用低。由于GPRS采用流量計(jì)費(fèi)的方式，運(yùn)營維護(hù)成本低，月通信費(fèi)用將在10元之內(nèi)。

系統(tǒng)功能

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

管網(wǎng)監(jiān)控點(diǎn)：各監(jiān)控點(diǎn)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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、協(xié)議封裝后發(fā)送到GPRS網(wǎng)絡(luò)。

2）監(jiān)控中心：(服務(wù)器+系統(tǒng)軟件)

服務(wù)器申請(qǐng)配置固定IP地址，采用省移動(dòng)通信公司提供的DDN專線，與GPRS網(wǎng)絡(luò)相連。由于DDN專線可提供較高的帶寬，當(dāng)管網(wǎng)監(jiān)控點(diǎn)數(shù)量增加，中心不用擴(kuò)容即可滿足需求。監(jiān)控中心RADIUS服務(wù)器接受到GPRS網(wǎng)絡(luò)傳來的數(shù)據(jù)后先進(jìn)行AAA認(rèn)證，后傳送到監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)主機(jī)，通過系統(tǒng)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行還原顯示，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

3）GPRS/GSM移動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)：

現(xiàn)場監(jiān)控點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)經(jīng)GSM網(wǎng)絡(luò)空中接口功能模塊同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼處理，轉(zhuǎn)換成在公網(wǎng)數(shù)據(jù)傳送的格式，通過中國移動(dòng)的GPRS無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)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(yùn)行,最大限度減少事故造成的損失, 控制原則如下設(shè)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(shè)備保護(hù)功能由各現(xiàn)場站點(diǎn)內(nèi)的底層控制設(shè)備自動(dòng)執(zhí)行,同時(shí)將執(zhí)行結(jié)果上傳到中控室。中控室作為運(yùn)行監(jiān)控的決策機(jī)構(gòu),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(fù)責(zé)各站點(diǎn)之間的協(xié)調(diào)控制，也可以直接介入站控系統(tǒng)進(jìn)行控制操作處理。

■ 獨(dú)立性原則：現(xiàn)場各控制系統(tǒng)之間在設(shè)計(jì)上應(yīng)保持相對(duì)獨(dú)立,不能因其中一個(gè)出現(xiàn)故障而影響其他控制系統(tǒng)的運(yùn)行。

■ 容錯(cuò)性原則：SCADA系統(tǒng)的軟硬件各個(gè)部分或全部的故障不能影響各現(xiàn)場站點(diǎn)的控制和運(yùn)行。系統(tǒng)對(duì)各種控制操作應(yīng)有基本的診斷和防錯(cuò)功能,以阻止錯(cuò)誤操作、誤操作或結(jié)果相互沖突的操作。為防止不同操作員對(duì)統(tǒng)一監(jiān)控點(diǎn)下達(dá)不同的控制指令,造成系統(tǒng)異常動(dòng)作,應(yīng)有控制優(yōu)先權(quán)處理程序來處理此類指令。

■ 安全管理原則：系統(tǒng)應(yīng)有嚴(yán)格的安全和權(quán)限級(jí)別限制,不得隨意越權(quán)操作。

■ 自動(dòng)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(shí)得到中控室的響應(yīng)時(shí),應(yīng)有現(xiàn)場站點(diǎn)的控制設(shè)備自動(dòng)作應(yīng)急處理操作,同時(shí)向控制中心報(bào)警和報(bào)告處理結(jié)果。故障或事故范圍較大,超出現(xiàn)場站的控制范圍時(shí),由中控室協(xié)調(diào)處理,并做出相應(yīng)的控制操作。

系統(tǒng)效果

下圖為系統(tǒng)架構(gòu)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(zhuǎn)以太網(wǎng)然后傳輸?shù)礁鹘K端監(jiān)控計(jì)算機(jī)上。

在組態(tài)界面上編寫了燃?xì)夤靖鱾€(gè)監(jiān)控站點(diǎn)和所需監(jiān)控的設(shè)備，通過組態(tài)可以看到咯設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，及各控制設(shè)備關(guān)聯(lián)性。

系統(tǒng)燃?xì)饪傆[圖:可以在組態(tài)界面上看到總監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，監(jiān)控流程圖，統(tǒng)計(jì)各信息以及各數(shù)據(jù)的趨勢(shì)圖及報(bào)表等。

各個(gè)站點(diǎn)監(jiān)控流程總貌圖：將各監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)清晰的在組態(tài)界面上顯示出來，通過無線遠(yuǎn)程監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸模塊在不同時(shí)間，不同地點(diǎn)就可以監(jiān)控到現(xiàn)場的工作狀態(tài)。

遠(yuǎn)程監(jiān)控OPC組態(tài)效果圖：新維致遠(yuǎn)遠(yuǎn)程OPC支持?jǐn)?shù)據(jù)動(dòng)態(tài)顯示，支持遠(yuǎn)程對(duì)設(shè)備的開停控制及數(shù)據(jù)監(jiān)控。軟件操作簡單，實(shí)用效果非常大。對(duì)于100點(diǎn)以下變量免費(fèi)開放。用戶只需輸入登錄賬號(hào)和密碼即可實(shí)現(xiàn)無線遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。完美的和組態(tài)軟件結(jié)合使用，讓用戶對(duì)數(shù)據(jù)及界面更加友好，控制方便。