工业用户燃气远程自动抄表系统的应用_工程实践

摘要

摘要：自动抄表系统是利用无线数据传输技术实现对用户用气状况的远程管理。从工业用户实际应用出发，阐述了燃气远程自动抄表系统的工作原理、组成、功能、应用注意事项，提出了拓

摘要：自动抄表系统是利用无线数据传输技术实现对用户用气状况的远程管理。从工业用户实际应用出发，阐述了燃气远程自动抄表系统的工作原理、组成、功能、应用注意事项，提出了拓展应用的建议。

关键词：自动抄表；远程自动抄表；燃气计量；工业用户

Application of Gas Remote Automatic Meter Reading System to Industrial Users

BAI Lianming JIANG Yijun，ZHU Huajun，SHENG Yang，SHI Zhengqiang

Abstract：The automatic meter reading system is a kind of remote management of user gas consumption via wireless data transmission technology.The operating principle，composition and functions of gas automatic meter reading system and matters needing attention in its application are elaborated in terms of actual application of industrial users.Some suggestions for expanding its application are made.

Key words：automatic meter reading；remote automatic meter reading；gas metering；industrial user

1 概述

宜兴港华燃气有限公司成立9年以来，以香港中华煤气有限公司140多年的管理理念为基础，全体员工艰苦创业，勇于开拓，积极推广清洁能源天然气。公司业务持续增长，截至2010年底，高中低压燃气管网总长度逾1000km，供气管网覆盖宜兴整个行政区域，用气量接近85×10⁴m³/d。其中工业用户400余户，用气量占全市总用气量的90%以上，且各类工业用户遍布全市城乡、开发区，用气设备包括梭式窑、推板窑、熔炉、锅炉等。

为了从繁杂的抄表工作中解放出来，众多厂家都在积极地寻找远程自动抄表方案，从而向用户提供更有效率、更可靠、更快捷的服务，实现智能化、人性化管理^[1]。不少专业公司提出了不同的自动及远程抄表的解决方案，通过设于表具内的光电或电磁电子装置，将机械记录的数据转换成数字信号，通过有线或无线方式实现区域集中，再利用现有宽频或GPRS等有线、无线网络将数据远程传输，从而达到自动远程抄表的目的。本文对数字直读式远程自动抄表系统进行探讨。

2 远程自动抄袁系统

2.1 GPRS通信模式^[2～3]

GPRS是通用分组无线业务(General Packet Radio Service)的英文简称，是在现有全球移动通信系统(Global System of Mobile Communication，GSM)上发展出来的一种新的承载业务，目的是为GSM用户提供分组形式的数据业务。GPRS采用与GSM同样的无线调制标准、频带、突发结构跳频规则以及TDMA帧结构。GPRS允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源，从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。

2.2 工作原理

远程自动抄表系统构架见图1。现场运行时，数据采集单元把流量计的数据，包括瞬时流量(标况、工况)、累计流量(标况、工况)、温度、压力等，经过整理、打包，每隔3min(时间间隔可以按照需要调节)通过GPRS Modem发送给管理计算机，便于管理人员实时了解现场的工况。管理计算机通过所连接的GPRS Modem读取各点发来的数据信息，判断信息的来源，然后进行数据的整理、显示、储存及现场工况改变的提示等，并可通过企业的网络将数据传送至服务器、操作终端，实现数据共享。

2.3 系统组成

燃气远程自动抄表系统由主站和分站组成(见图1)。主站设在燃气公司调度中心，由数据采集与监控软件以及防火墙、管理计算机、内网服务器、打印机、操作终端等设备组成。分站即现场采集站，由分站数据采集单元、数据收发机Modem等组成。主站与分站的通信采用无线数据通信网作为数据传输的载体^[4]。

① 数据采集与监控软件

数据采集与监控软件的信息管理基于C/S结构，包括用于采集现场数据的数据采集控制台软件、用于查询监测现场仪表实时数据和报警信息以供决策和及时解决问题的数据监控软件、用于配置系统网络、数据库、远程终端和仪表参数的配置工具软件。产品传输系统底层采用TCP/IP协议，应用层加载专用协议，采用CRC16等算法控制、维护线路及数据的安全性、可靠性，保证数据的准确无误。数据库采用Microsoft公司的SQL服务器，信息查询系统支持B/S结构，方便用户随时、随地通过Internet、WAP网络查询相关监测数据，了解系统运行状态。

② 燃气计量无线数据采集单元

燃气计量无线数据采集单元由IP65级密封外壳、密封条、电路主板、GSM无线模块、外置天线及防水输入、输出接口等部件组成。

此采集单元基于单片机及嵌入式软件技术和GSM/GPRS无线通信网络，内置计量数据通信协议库，可采集目前市场上大部分厂商的电子气体体积流量修正仪和一体式流量计的计量数据，可以同时采集2台流量计的数据。且配备标准的MODBUS扩展设备，可同时接驳4台或更多流量计量仪表。产品严格遵照IEC 610101：2001《测量、控制和实验室用电气设备的安全要求》和GB 3836—2004《爆炸性气体环境用电气设备》的要求，采用本质安全型防爆设计，结构紧凑，稳定可靠。安装于爆炸性气体危险区域1区或2区的采集单元通过RS485和RS232通信接口，抄读来自电子修正仪的计量数据，通过GSM/GPRS无线通信网络上传给位于安全区内的管理计算机。

2.4 系统功能

① 数据实时监测

利用数据一览表将SQL数据库中的数据实时显示出来，可完成对所有站点数据的综合一览、实时监测等功能。用户可以实时监测各个站点的温度、压力、瞬时流量、累计流量。

② 历史数据查询

数据库服务器采用SQL服务器，可以储存所有采集来的信号，只要服务器硬盘容量足够大，任意长时间的历史数据都可以保留。在历史数据查询界面，用户可以查询到各个站点、各个时间段的历史记录，并能查询在同一时间内所有站点的历史记录数据。

③ 图形显示

以趋势图和棒图的形式可以方便实现各种图表功能，流量计的温度、压力、累计流量、瞬时流量等参数可以方便地用趋势线表示出来，一目了然，非常直观。

④ 统计报表

根据用户的需求分别按年、月、日或任意自定义区间作出统计报表，所有统计报表均可以实时输出为标准的Excel格式，方便用户对其进行浏览、查询、打印。

⑤ 灵敏的报警功能

根据工艺要求，监控软件对采集来的信号设置报警功能及报警范围，如：a.温度超标报警；b.压力超标报警；c.流量超标报警；d.其他报警，如“掉线”报警。通过一系列的报警功能设置，可有效杜绝流量计超量程计量现象的发生，保证计量的准确性。

⑥ 地图加载

监控系统软件可加载城市地形图、燃气输配管网图，便于及时、方便地了解各节点的地理位置及周边管网情况^[5]。一旦出现紧急情况，有助于快速、有针对性地制定应急措施。图形加载简单，更新方便。

3 系统应用注意事项

3.1 安全接地

燃气计量无线数据采集单元外壳采用防爆设计，按要求安装在燃气调压箱内流量计旁。为保证安全和通信顺畅，必须采取接地等保护措施。GB/T 50311—2000《建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范》有明确的规定：“保护地线的接地电阻值，单独设置接地体时，不应大于4Ω。”

3.2 稳定供电

无线数据采集单元供电不稳定是系统不能正常运行的主要原因之一，采集单元供电除由市电接入外，还应内置蓄电池以保证供电的连续、稳定，并且监控软件需设置“欠电报警”，实时监控采集单元供电状态。

3.3 运行维护

该自动抄表系统的核心部件(数据采集单元)是电子集成产品，该产品市场接受时间不长，系统应用前期故障率会相对较高，为维持抄表的连续、准确性，系统相关组件维护应方便、易操作，必要时应库存一定备品备件。

4 建议

此远程自动抄表系统实时监控燃气流量计，在工作状态下随时对照、检查流量计的状况，从而避免了计量损失现象，可在一定程度上减小供销差，保证计量的准确性。同时，可起到监测管网水力工况的作用，为城市管网水力计算及进一步优化管网结构提供可靠数据。此外，条件具备时，笔者认为该系统可在如下两方面适度推广。

4.1 阀门联动

随着城市供用气双方“照付不议”合同的签署，客观上要求各城市燃气公司及时掌握城市用气情况，特别是以工业用户用气为主的城市，掌握了工业用户的用气情况就等于基本掌握了整个城市的用气情况。远程自动抄表系统与阀门联动功能无疑是掌控工业用户用气情况最有效的手段。通过远程控制用气企业调压器进口阀门的开关程度来控制企业的用气量，使其波动始终围绕在“日指定气量”(用户提前申报的当日用气量)附近或可控范围内。另外，紧急情况下也可借助联动功能实现供气切断。

4.2 民用计量监控

民用调压箱进行设计时考虑流量计的安装要求，在调压箱内安装流量计的同时安装此远程自动抄表系统，实时分析当地民用用气情况，提供合适的基础数据，为今后该地区民用燃气管道设计提供依据。条件许可时，也可在居民用户内安装，实现居民用户燃气远程自动化抄表。

参考文献：

[1] 张涛.自动抄表在燃气收费系统的应用[J].煤气与热力，2010，30(1)：B14-B19.

[2] 姜开山，胡波，马立元，等.GPRS远程抄表系统应用实践[M].北京：中国电力出版社，2007：85-90.

[3] 彭明明，胡国栋，程文刚.GPRS无线远程抄表监控系统[J].煤气与热力，2006，26(5)：13-15.

[4] 辛明.自动监控抄表系统的组成与功能[J].煤气与热力，2003，23(12)：756-757.

[5] 白连明，储强，宋桂平.燃气地理信息系统的建设与应用[J].煤气与热力，2010，30(2)：B33-B36.

(本文作者：白连明¹ 蒋宜军¹ 朱华君² 生炀³ 史正强¹ 1.宜兴港华燃气有限公司江苏无锡 214200；2.常州维格电子有限公司江苏常州 213022；3.沈阳三全工程监理咨询有限公司辽宁沈阳 110026)