數據采集及監控技術在燃氣管網調度的應用

摘 要

摘要：介紹了數據采集及監控系統在大用戶用氣狀況監控中的應用，探討了數據采集及監控系統的結構、硬件系統的組成、安全設計、主要功能。關鍵詞：數據采集；監控；管網壓力；大用戶；數據
摘要：介紹了數據采集及監控系統在大用戶用氣狀況監控中的應用，探討了數據采集及監控系統的結構、硬件系統的組成、安全設計、主要功能。
關鍵詞：數據采集；監控；管網壓力；大用戶；數據處理
Application of Data Acquisition and Monitoring Technology to Gas Pipe Network Dispatching
SU Aijun，WEI Jie
Abstract：The application of data acquisition and monitoring system to monitoring gas consumption of large consumers is introduced.The structure of data acquisition and monitoring system，the composition，safety design and main functions of hardware system are discussed.
Key words：data acquisition；monitoring；pipe network pressure；large consumer；data processing
    目前，合肥燃氣集團有限公司已建成管網逾2300km，通過實施數據采集及監控項目，把全市管網壓力和大用戶的流量、壓力等主要工藝參數遠傳到數據中心，進行現場數據的實時顯示、監控，提高了燃氣管網輸配水平，優化了生產運行參數，對提升服務品質起到了很好的促進作用。并開發了流量計運行狀態預警系統，通過對數據采集及監控系統采集的流量計工作壓力、溫度的分析，及時發現處于異常工作狀態的流量計，提醒運行人員及時檢查、維護，盡可能降低計量損失，實現了數據資源的深層次應用。本文對數據采集及監控技術在燃氣管網調度中的應用進行探討。
1 數據采集及監控系統的構建
    數據采集及監控系統利用計算機技術、移動通信技術(GPRS)、網絡通信技術、數據庫技術建立起一套完整的軟、硬件平臺，對燃氣管網壓力、大用戶用氣情況等數據實施動態監測，實現了壓力報警、流量異常報警、遠程信息傳輸等功能[1]，并利用系統保存的歷史數據進行綜合分析形成各類報表，為科學調度提供了依據。DTU(Data Transfer Unit，數據傳輸單元)是專門用于將串口數據轉換為IP數據或將IP數據轉換為串口數據，并通過無線通信網絡進行傳送的無線終端設備。
DTU硬件組成主要包括：CPU控制模塊、無線通信模塊、電源模塊。采用DTU具有組網迅速靈活、建設期短、成本低、網絡覆蓋范圍廣、安全保密性能好、鏈路支持永遠在線、按流量計費、用戶使用成本低等優點。利用GPRS無線網絡的方式真正實現了多點、遠程、實時、同步的現場數據傳輸，大大方便了燃氣大用戶的用氣量抄收以及現場儀表的狀態監控，可以有效對用氣高峰和低谷時段進行生產調度。數據采集及監控系統結構見圖1。
 
    數據采集及監控系統由3部分組成：現場采集控制部分、GPRS數據傳輸部分、數據中心。DTU和現場儀表之間通過標準的ModBus協議或儀表自身的協議進行數據傳輸，組成了現場采集控制部分。DTU內置的GPRS通信模塊和通信運營商提供的無線鏈路網絡組成了GPRS數據傳輸部分。接收到的數據通過數據管理軟件和數據庫有效地結合，對數據進行處理和發布，建立起數據中心。
   ① 現場采集控制部分
   通過RS485、RS232、RS422等接口，利用DTU讀取現場儀表內部數據，再由DTU將采集的數據打包，交由GPRS數據傳輸部分?，F場采集控制部分由現場儀表的通信部分、寄存器及DTU內部的通信部分組成，它們之間通過標準的ModBus協議進行數據的通信和傳輸。DTU與現場儀表之間采用一問一答的半雙工方式傳輸數據：DTU進行詢問，現場儀表對DTU的詢問進行回應，反饋DTU需要的數據。
   ② GPRS數據傳輸部分
   GPRS數據傳輸部分將DTU采集到的數據通過GPRS無線網絡傳輸到數據中心，由數據中心負責數據的處理。GPRS模塊預設了數據中心通信前置機的互聯網IP地址和端口號，在數據傳輸過程中，GPRS模塊利用互聯網采用TCP協議，通過端口映射向目標IP指定的端口發送數據包。
   ③ 數據中心
   數據中心由通信前置機和數據庫組成，負責對遠端所有DTU的通信進行管理，并對上傳的數據進行解析、儲存和發布。數據中心通信前置機接收到數據包后進行數據解析，解析后的數據提供給調度系統使用，并定期保存歷史數據，以及發布到B/S端使用，通過開放的ODBC數據接口、ModBus協議為其他系統提供實時監控數據源，實現數據共享。B/S(Browser/Server)結構即瀏覽器、服務器結構。在這種結構下，用戶工作界面是通過IE瀏覽器來實現，極少部分事務在前端(Browser)實現，主要事務在服務器端(Server)實現。這樣就大大簡化了客戶端電腦負荷，減輕了系統維護與升級的成本和工作量，降低了用戶成本。
   ④ 安全設計
   由于DTU設備需安裝在現場調壓計量橇中，因此DTU設備必須滿足以下要求：數據采集部分：采用本安設計，符合IP65級密封、Exib IIB T4級防爆要求，發射功率小于3.5W，可安裝于爆炸性氣體危險區域的1區或2區。電源模塊部分：采用隔爆設計，采用隔離式安全柵為數據采集部分、現場儀表供電。
2 系統主要功能
   ① 遠程自動監測功能
   能根據用戶的要求，對每個現場站點的數據進行采集、統計、分析并自動生成各種報表和曲線，建立和儲存每個現場站點的歷史數據。
    ② 故障報警和提示功能
    可根據設定的溫度、壓力、流量的上下限對出現的異常發出報警，及時通知技術人員解決問題。
   ③ 信息查詢功能
   數據采集及監控系統采用B/S結構，最大的優點就是可以在任何地方進行操作而不用安裝任何專門的軟件，只要有一臺能上網的計算機，就能通過IE瀏覽器進行數據查詢。
    合肥燃氣集團有限公司的數據采集及監控系統B/S端提供了大用戶的溫度、壓力、瞬時流量、累積流量等實時數據，通過對實時數據的監控，可以掌握用戶的用氣情況并進一步分析用戶用氣規律，并掌握現場儀表的工作狀況和管網壓力的情況。
    數據中心管理人員可通過B/S端完成數據監測、報警的及時響應等工作。所有的大用戶可顯示在地圖上，并一目了然地知道用戶的在線狀態，通過點擊大戶用名稱，就可以知道每一個大用戶的具體用氣情況，并提供各類報表。數據采集及監控技術為數據分析提供了一個良好的數據源，保證了數據的質量，通過B/S端提供的現場儀表實時數據，形成流量實時曲線、歷史曲線等，并有機地組合起來進行數據分析。通過對數據進行分析、整理，對短期用氣負荷作出較為準確的判斷。利用系統提供的數據庫，可以方便地為其他數據分析軟件提供數據源。
3 結論
    數據采集及監控技術已在燃氣行業得到廣泛應用，合肥燃氣集團有限公司自2008年底應用以來，已對80多臺燃氣流量計進行了監控，主要將大用戶用氣情況及管網壓力實時傳輸至數據中心，使得燃氣管網的調度更加合理更加有效，并為用氣量抄收工作提供了方便，時效性更強。能夠及時了解用戶的用氣量，更加充分地了解用戶的用氣規律，更好地為用戶服務。在運行階段中，系統運行穩定，為燃氣管網安全運營、有效調度提供了信息技術保障。
參考文獻：
[1] 鮑秀偉.大型商業用戶燃氣流量計量遠程采集管理系統[J].煤氣與熱力，2006，26(8)：28-30.
 
(本文作者：蘇愛軍 韋杰 合肥燃氣集團有限公司 安徽合肥 230075)