基于MODBUS TCP协议的远程抄表系统应用

摘 要

【摘要】远程抄表系统由数据采集终端通过一定的通讯协议方式对燃气表具进行采集；数据以GPRS/CDMA专网为网络依托，采用标准MODBUS TCP协议将信息,及时发送到数据监控中心；数据监
【摘要】远程抄表系统由数据采集终端通过一定的通讯协议方式对燃气表具进行采集；数据以GPRS/CDMA专网为网络依托，采用标准MODBUS TCP协议将信息,及时发送到数据监控中心；数据监控中心运用计算机通信、信息管理和数据库系统，对用户燃气表具的工作状况进行实时监视，实现对用户气量和用气特性作出技术分析。
【关键词】远程抄表系统；MODBUS TCP协议；光电译码技术；太阳能供电
    一、背景
    2009年11月中旬，杭州天然气供气缺口不断扩大，供气形势严峻。为了有效地缓解天然气供需矛盾，在保证民用的前提下，达到资源合理利用，最大限度地减少工业、公建用户的经济损失，(集团)公司对主城区工业用户采取有序轮流停气、限供和对多家公建用户进行限供措施。
    同年12月，在认真总结天然气应急限供的经验教训同时，为切实加强用户气量的数据收集和信息分析的基础管理工作，(集团)公司着力推行对工业、公建用户气量的远程监控工作。
    二、远程抄表系统在工业及公建用户用气监控的应用
    工业及公建用户远程抄表系统的应用是对工业、公建用户终端点压力、温度、流量、计量等信息有效监控的信息管理系统，对公司在安全生产、气量调度等工作的有序进行具有重要意义。
   远程抄表系统由数据采集终端通过一定的通讯协议方式对燃气表具进行采集；数据以GPRS/CDMA专网为网络依托，采用标准MODBUS TCP协议将信息及时发送到数据监控中心；数据监控中心运用计算机通信、信息管理和数据库系统，对用户燃气表具的工作状况进行实时监视，实现对用户气量和用气特性作出技术分析。
   抄表系统建设初期对6家系统搭建商的39套远程抄表终端进行试运行。考虑到此次试运行涉及厂家较多，决定通过VMware采用虚拟机技术进行模拟，保证整个计算机硬件系统在一个完全隔离环境中实现正常运行，有效降低了服务器数量的需求和试验投资。目前已将各厂家采集终端统一接入DNYAC 10.0上位软件(该软件同时实现原SCADA系统备调功能)，系统架构如图1所示：
 

   根据公司对网络安全的特殊要求，采用GPRS/CDMA专线，实现采集终端和服务器平台之间采用端到端加密，避免信息在整个传输过程中出现泄漏的可能，两者通过防火墙进行隔离，并在防火墙上进行IP地址和端口过滤。
   截至2011年6月，上位软件已成功近1000块工业及公建用户流量计数据。
   三、系统应用前期遇到的问题
   1.数据采集终端底层MODBUS TCP数据采集格式不统一
在系统投入初期，由于各系统搭建商以自定义底层MODBUS TCP数据采集格式进行传输，导致上传数据内容混乱。经讨论，通过统一MODBUS寄存器地址(见表1)，可有效解决这一问题。
 

   2.部分现场取电困难
   由于现场数据采集频率要求，现场采集终端采用220V交流供电加后备蓄电池组方式进行供电安装。但是在实际施工过程中，遇到个别现场因无法取得220V电源、大理石地面埋管不便等原因造成现场因供电问题而无法施工。
    为此，提出在这些现场使用太阳能供电系统进行供电的方案(见图2)。
 

    整个系统的供电是通过太阳能电路板采集太阳能将电能通过电源管理器存储到铅酸电池内，然后由铅酸电池放电为数据采集终端提供电源。数据采集终端通过可控的隔离电源为用户的流量计供电，通过光耦隔离和用户流量计通讯获取数据。
   太阳能供电系统与外界环境完全隔离，有效解决了取电难问题，同时避免了由于交流供
电可能带来的浪涌、瞬变的干扰，避免感应雷的影响。
   3.皮膜表不具备远传功能
   在工业及公建用户流量计中存在大量皮膜表，因皮膜表的自身不具备远传功能，通过对皮膜表进行内部改造使新的计度器可以输出脉冲信号的方式实现数据远程传输与现场的数据存储。
    皮膜表改造项目采用了较为先进的光电译码技术，在计数器每个转盘上的刻度对应圆周位置处，开出不同形状的孔，计数器两边分别装有光发射器和光接收器，红外线通过开孔的透射，把光束照射到光接受器，光接受器根据每个孔的形状特点及排列特点，根据规定的译码信息，转换成相对应的刻度数值大小。
   光电译码器工作时，从底数位计数器转盘开始逐位定时、定位透射，直到最高数位的计数器转盘为一个周期，从而译出一个完整的计数器读数。在表具的计数器支架上加装红外收发管，通过中间带编码孔的字轮组成光机电转换装置。齿轮每转一圈会有一组信号输出。
   更新后的计数器信号通过RS232/485方式输出给采集终端，采集终端实时读取计数器的数据信号并存储。采集终端与DTU通过RS232/485连接，DTU直接接入GPRS/CDMA专网与中心建立连接，从而实现数据远传的目的。
抽取部分皮膜表远传数据与现场数据进行对照(如表2)：
表2远传数据与现场数据进行对照表
站点名称
皮膜表型号
时间
远传数据
时间
现场数据
天鸿饭店中餐厅
LMN-40
16：03
125290
16：05
125291
天鸿饭店宴会厅
LMN-16
16：08
54924
16：10
54925
天鸿饭店职工餐厅
LMN-25
16：08
47401
16：09
47401
聚乐园
LMN-25
15：03
60350
15：05
60351
翔园宾馆
LMN-40
15：08
147280
15：06
147279
翔园宾馆
LMN-16
15：08
10642
15：09
10643
   通过对上位软件的数据曲线趋势分析，可以看出用户用气量随着时间的推移而平稳增长，无数据突变，表明改造的皮膜表数据远传系统性能运行稳定、可靠；通过与现场机械表头读数比较，上位软件的数据变化量与现场机械转子变化数据量基本一致，验证了该系统的数据远传系统的准确性。
   四、小结
   以上主要阐述了(集团)公司在远程抄表系统在实际应用中的一些经验和在建设过程中所遇到的问题及解决办法。通过不断的探索，远程抄表系统完全能够稳定运行，并且满足大数量级采集终端监控、读取、控制、数据分析等功能。
 
 
(本文作者：孙一帆 杭州市燃气(集团)有限公司)