数据采集及监控技术在燃气管网调度的应用

摘 要

摘要：介绍了数据采集及监控系统在大用户用气状况监控中的应用，探讨了数据采集及监控系统的结构、硬件系统的组成、安全设计、主要功能。关键词：数据采集；监控；管网压力；大用户；数据
摘要：介绍了数据采集及监控系统在大用户用气状况监控中的应用，探讨了数据采集及监控系统的结构、硬件系统的组成、安全设计、主要功能。
关键词：数据采集；监控；管网压力；大用户；数据处理
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，合肥燃气集团有限公司已建成管网逾2300km，通过实施数据采集及监控项目，把全市管网压力和大用户的流量、压力等主要工艺参数远传到数据中心，进行现场数据的实时显示、监控，提高了燃气管网输配水平，优化了生产运行参数，对提升服务品质起到了很好的促进作用。并开发了流量计运行状态预警系统，通过对数据采集及监控系统采集的流量计工作压力、温度的分析，及时发现处于异常工作状态的流量计，提醒运行人员及时检查、维护，尽可能降低计量损失，实现了数据资源的深层次应用。本文对数据采集及监控技术在燃气管网调度中的应用进行探讨。
1 数据采集及监控系统的构建
    数据采集及监控系统利用计算机技术、移动通信技术(GPRS)、网络通信技术、数据库技术建立起一套完整的软、硬件平台，对燃气管网压力、大用户用气情况等数据实施动态监测，实现了压力报警、流量异常报警、远程信息传输等功能[1]，并利用系统保存的历史数据进行综合分析形成各类报表，为科学调度提供了依据。DTU(Data Transfer Unit，数据传输单元)是专门用于将串口数据转换为IP数据或将IP数据转换为串口数据，并通过无线通信网络进行传送的无线终端设备。
DTU硬件组成主要包括：CPU控制模块、无线通信模块、电源模块。采用DTU具有组网迅速灵活、建设期短、成本低、网络覆盖范围广、安全保密性能好、链路支持永远在线、按流量计费、用户使用成本低等优点。利用GPRS无线网络的方式真正实现了多点、远程、实时、同步的现场数据传输，大大方便了燃气大用户的用气量抄收以及现场仪表的状态监控，可以有效对用气高峰和低谷时段进行生产调度。数据采集及监控系统结构见图1。
 
    数据采集及监控系统由3部分组成：现场采集控制部分、GPRS数据传输部分、数据中心。DTU和现场仪表之间通过标准的ModBus协议或仪表自身的协议进行数据传输，组成了现场采集控制部分。DTU内置的GPRS通信模块和通信运营商提供的无线链路网络组成了GPRS数据传输部分。接收到的数据通过数据管理软件和数据库有效地结合，对数据进行处理和发布，建立起数据中心。
   ① 现场采集控制部分
   通过RS485、RS232、RS422等接口，利用DTU读取现场仪表内部数据，再由DTU将采集的数据打包，交由GPRS数据传输部分。现场采集控制部分由现场仪表的通信部分、寄存器及DTU内部的通信部分组成，它们之间通过标准的ModBus协议进行数据的通信和传输。DTU与现场仪表之间采用一问一答的半双工方式传输数据：DTU进行询问，现场仪表对DTU的询问进行回应，反馈DTU需要的数据。
   ② GPRS数据传输部分
   GPRS数据传输部分将DTU采集到的数据通过GPRS无线网络传输到数据中心，由数据中心负责数据的处理。GPRS模块预设了数据中心通信前置机的互联网IP地址和端口号，在数据传输过程中，GPRS模块利用互联网采用TCP协议，通过端口映射向目标IP指定的端口发送数据包。
   ③ 数据中心
   数据中心由通信前置机和数据库组成，负责对远端所有DTU的通信进行管理，并对上传的数据进行解析、储存和发布。数据中心通信前置机接收到数据包后进行数据解析，解析后的数据提供给调度系统使用，并定期保存历史数据，以及发布到B/S端使用，通过开放的ODBC数据接口、ModBus协议为其他系统提供实时监控数据源，实现数据共享。B/S(Browser/Server)结构即浏览器、服务器结构。在这种结构下，用户工作界面是通过IE浏览器来实现，极少部分事务在前端(Browser)实现，主要事务在服务器端(Server)实现。这样就大大简化了客户端电脑负荷，减轻了系统维护与升级的成本和工作量，降低了用户成本。
   ④ 安全设计
   由于DTU设备需安装在现场调压计量橇中，因此DTU设备必须满足以下要求：数据采集部分：采用本安设计，符合IP65级密封、Exib IIB T4级防爆要求，发射功率小于3.5W，可安装于爆炸性气体危险区域的1区或2区。电源模块部分：采用隔爆设计，采用隔离式安全栅为数据采集部分、现场仪表供电。
2 系统主要功能
   ① 远程自动监测功能
   能根据用户的要求，对每个现场站点的数据进行采集、统计、分析并自动生成各种报表和曲线，建立和储存每个现场站点的历史数据。
    ② 故障报警和提示功能
    可根据设定的温度、压力、流量的上下限对出现的异常发出报警，及时通知技术人员解决问题。
   ③ 信息查询功能
   数据采集及监控系统采用B/S结构，最大的优点就是可以在任何地方进行操作而不用安装任何专门的软件，只要有一台能上网的计算机，就能通过IE浏览器进行数据查询。
    合肥燃气集团有限公司的数据采集及监控系统B/S端提供了大用户的温度、压力、瞬时流量、累积流量等实时数据，通过对实时数据的监控，可以掌握用户的用气情况并进一步分析用户用气规律，并掌握现场仪表的工作状况和管网压力的情况。
    数据中心管理人员可通过B/S端完成数据监测、报警的及时响应等工作。所有的大用户可显示在地图上，并一目了然地知道用户的在线状态，通过点击大户用名称，就可以知道每一个大用户的具体用气情况，并提供各类报表。数据采集及监控技术为数据分析提供了一个良好的数据源，保证了数据的质量，通过B/S端提供的现场仪表实时数据，形成流量实时曲线、历史曲线等，并有机地组合起来进行数据分析。通过对数据进行分析、整理，对短期用气负荷作出较为准确的判断。利用系统提供的数据库，可以方便地为其他数据分析软件提供数据源。
3 结论
    数据采集及监控技术已在燃气行业得到广泛应用，合肥燃气集团有限公司自2008年底应用以来，已对80多台燃气流量计进行了监控，主要将大用户用气情况及管网压力实时传输至数据中心，使得燃气管网的调度更加合理更加有效，并为用气量抄收工作提供了方便，时效性更强。能够及时了解用户的用气量，更加充分地了解用户的用气规律，更好地为用户服务。在运行阶段中，系统运行稳定，为燃气管网安全运营、有效调度提供了信息技术保障。
参考文献：
[1] 鲍秀伟.大型商业用户燃气流量计量远程采集管理系统[J].煤气与热力，2006，26(8)：28-30.
 
(本文作者：苏爱军 韦杰 合肥燃气集团有限公司 安徽合肥 230075)