工業(yè)用戶燃?xì)膺h(yuǎn)程自動抄表系統(tǒng)的應(yīng)用

摘 要

摘要：自動抄表系統(tǒng)是利用無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)對用戶用氣狀況的遠(yuǎn)程管理。從工業(yè)用戶實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，闡述了燃?xì)膺h(yuǎn)程自動抄表系統(tǒng)的工作原理、組成、功能、應(yīng)用注意事項(xiàng)，提出了拓
摘要：自動抄表系統(tǒng)是利用無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)對用戶用氣狀況的遠(yuǎn)程管理。從工業(yè)用戶實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，闡述了燃?xì)膺h(yuǎn)程自動抄表系統(tǒng)的工作原理、組成、功能、應(yīng)用注意事項(xiàng)，提出了拓展應(yīng)用的建議。
關(guān)鍵詞：自動抄表；遠(yuǎn)程自動抄表；燃?xì)庥嬃浚还I(yè)用戶
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
   宜興港華燃?xì)庥邢薰境闪?年以來，以香港中華煤氣有限公司140多年的管理理念為基礎(chǔ)，全體員工艱苦創(chuàng)業(yè)，勇于開拓，積極推廣清潔能源天然氣。公司業(yè)務(wù)持續(xù)增長，截至2010年底，高中低壓燃?xì)夤芫W(wǎng)總長度逾1000km，供氣管網(wǎng)覆蓋宜興整個行政區(qū)域，用氣量接近85×104m3/d。其中工業(yè)用戶400余戶，用氣量占全市總用氣量的90%以上，且各類工業(yè)用戶遍布全市城鄉(xiāng)、開發(fā)區(qū)，用氣設(shè)備包括梭式窯、推板窯、熔爐、鍋爐等。
   為了從繁雜的抄表工作中解放出來，眾多廠家都在積極地尋找遠(yuǎn)程自動抄表方案，從而向用戶提供更有效率、更可靠、更快捷的服務(wù)，實(shí)現(xiàn)智能化、人性化管理[1]。不少專業(yè)公司提出了不同的自動及遠(yuǎn)程抄表的解決方案，通過設(shè)于表具內(nèi)的光電或電磁電子裝置，將機(jī)械記錄的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過有線或無線方式實(shí)現(xiàn)區(qū)域集中，再利用現(xiàn)有寬頻或GPRS等有線、無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸，從而達(dá)到自動遠(yuǎn)程抄表的目的。本文對數(shù)字直讀式遠(yuǎn)程自動抄表系統(tǒng)進(jìn)行探討。
2 遠(yuǎn)程自動抄袁系統(tǒng)
2.1 GPRS通信模式[2～3]
    GPRS是通用分組無線業(yè)務(wù)(General Packet Radio Service)的英文簡稱，是在現(xiàn)有全球移動通信系統(tǒng)(Global System of Mobile Communication，GSM)上發(fā)展出來的一種新的承載業(yè)務(wù)，目的是為GSM用戶提供分組形式的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。GPRS采用與GSM同樣的無線調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)、頻帶、突發(fā)結(jié)構(gòu)跳頻規(guī)則以及TDMA幀結(jié)構(gòu)。GPRS允許用戶在端到端分組轉(zhuǎn)移模式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，而不需要利用電路交換模式的網(wǎng)絡(luò)資源，從而提供了一種高效、低成本的無線分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。特別適用于間斷的、突發(fā)性的和頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸。
2.2 工作原理
    遠(yuǎn)程自動抄表系統(tǒng)構(gòu)架見圖1?，F(xiàn)場運(yùn)行時，數(shù)據(jù)采集單元把流量計的數(shù)據(jù)，包括瞬時流量(標(biāo)況、工況)、累計流量(標(biāo)況、工況)、溫度、壓力等，經(jīng)過整理、打包，每隔3min(時間間隔可以按照需要調(diào)節(jié))通過GPRS Modem發(fā)送給管理計算機(jī)，便于管理人員實(shí)時了解現(xiàn)場的工況。管理計算機(jī)通過所連接的GPRS Modem讀取各點(diǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)信息，判斷信息的來源，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)的整理、顯示、儲存及現(xiàn)場工況改變的提示等，并可通過企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送至服務(wù)器、操作終端，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。
2.3 系統(tǒng)組成
    燃?xì)膺h(yuǎn)程自動抄表系統(tǒng)由主站和分站組成(見圖1)。主站設(shè)在燃?xì)夤菊{(diào)度中心，由數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控軟件以及防火墻、管理計算機(jī)、內(nèi)網(wǎng)服務(wù)器、打印機(jī)、操作終端等設(shè)備組成。分站即現(xiàn)場采集站，由分站數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)收發(fā)機(jī)Modem等組成。主站與分站的通信采用無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)妮d體[4]。

    ① 數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控軟件
    數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控軟件的信息管理基于C/S結(jié)構(gòu)，包括用于采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集控制臺軟件、用于查詢監(jiān)測現(xiàn)場儀表實(shí)時數(shù)據(jù)和報警信息以供決策和及時解決問題的數(shù)據(jù)監(jiān)控軟件、用于配置系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫、遠(yuǎn)程終端和儀表參數(shù)的配置工具軟件。產(chǎn)品傳輸系統(tǒng)底層采用TCP/IP協(xié)議，應(yīng)用層加載專用協(xié)議，采用CRC16等算法控制、維護(hù)線路及數(shù)據(jù)的安全性、可靠性，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確無誤。數(shù)據(jù)庫采用Microsoft公司的SQL服務(wù)器，信息查詢系統(tǒng)支持B/S結(jié)構(gòu)，方便用戶隨時、隨地通過Internet、WAP網(wǎng)絡(luò)查詢相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)，了解系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。
   ② 燃?xì)庥嬃繜o線數(shù)據(jù)采集單元
   燃?xì)庥嬃繜o線數(shù)據(jù)采集單元由IP65級密封外殼、密封條、電路主板、GSM無線模塊、外置天線及防水輸入、輸出接口等部件組成。
    此采集單元基于單片機(jī)及嵌入式軟件技術(shù)和GSM/GPRS無線通信網(wǎng)絡(luò)，內(nèi)置計量數(shù)據(jù)通信協(xié)議庫，可采集目前市場上大部分廠商的電子氣體體積流量修正儀和一體式流量計的計量數(shù)據(jù)，可以同時采集2臺流量計的數(shù)據(jù)。且配備標(biāo)準(zhǔn)的MODBUS擴(kuò)展設(shè)備，可同時接駁4臺或更多流量計量儀表。產(chǎn)品嚴(yán)格遵照IEC 610101：2001《測量、控制和實(shí)驗(yàn)室用電氣設(shè)備的安全要求》和GB 3836—2004《爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備》的要求，采用本質(zhì)安全型防爆設(shè)計，結(jié)構(gòu)緊湊，穩(wěn)定可靠。安裝于爆炸性氣體危險區(qū)域1區(qū)或2區(qū)的采集單元通過RS485和RS232通信接口，抄讀來自電子修正儀的計量數(shù)據(jù)，通過GSM/GPRS無線通信網(wǎng)絡(luò)上傳給位于安全區(qū)內(nèi)的管理計算機(jī)。
2.4 系統(tǒng)功能
   ① 數(shù)據(jù)實(shí)時監(jiān)測
   利用數(shù)據(jù)一覽表將SQL數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)實(shí)時顯示出來，可完成對所有站點(diǎn)數(shù)據(jù)的綜合一覽、實(shí)時監(jiān)測等功能。用戶可以實(shí)時監(jiān)測各個站點(diǎn)的溫度、壓力、瞬時流量、累計流量。
   ② 歷史數(shù)據(jù)查詢
   數(shù)據(jù)庫服務(wù)器采用SQL服務(wù)器，可以儲存所有采集來的信號，只要服務(wù)器硬盤容量足夠大，任意長時間的歷史數(shù)據(jù)都可以保留。在歷史數(shù)據(jù)查詢界面，用戶可以查詢到各個站點(diǎn)、各個時間段的歷史記錄，并能查詢在同一時間內(nèi)所有站點(diǎn)的歷史記錄數(shù)據(jù)。
   ③ 圖形顯示
   以趨勢圖和棒圖的形式可以方便實(shí)現(xiàn)各種圖表功能，流量計的溫度、壓力、累計流量、瞬時流量等參數(shù)可以方便地用趨勢線表示出來，一目了然，非常直觀。
   ④ 統(tǒng)計報表
    根據(jù)用戶的需求分別按年、月、日或任意自定義區(qū)間作出統(tǒng)計報表，所有統(tǒng)計報表均可以實(shí)時輸出為標(biāo)準(zhǔn)的Excel格式，方便用戶對其進(jìn)行瀏覽、查詢、打印。
   ⑤ 靈敏的報警功能
   根據(jù)工藝要求，監(jiān)控軟件對采集來的信號設(shè)置報警功能及報警范圍，如：a.溫度超標(biāo)報警；b.壓力超標(biāo)報警；c.流量超標(biāo)報警；d.其他報警，如“掉線”報警。通過一系列的報警功能設(shè)置，可有效杜絕流量計超量程計量現(xiàn)象的發(fā)生，保證計量的準(zhǔn)確性。
   ⑥ 地圖加載
   監(jiān)控系統(tǒng)軟件可加載城市地形圖、燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)圖，便于及時、方便地了解各節(jié)點(diǎn)的地理位置及周邊管網(wǎng)情況[5]。一旦出現(xiàn)緊急情況，有助于快速、有針對性地制定應(yīng)急措施。圖形加載簡單，更新方便。
3 系統(tǒng)應(yīng)用注意事項(xiàng)
3.1 安全接地
   燃?xì)庥嬃繜o線數(shù)據(jù)采集單元外殼采用防爆設(shè)計，按要求安裝在燃?xì)庹{(diào)壓箱內(nèi)流量計旁。為保證安全和通信順暢，必須采取接地等保護(hù)措施。GB/T 50311—2000《建筑與建筑群綜合布線系統(tǒng)工程設(shè)計規(guī)范》有明確的規(guī)定：“保護(hù)地線的接地電阻值，單獨(dú)設(shè)置接地體時，不應(yīng)大于4Ω。”
3.2 穩(wěn)定供電
   無線數(shù)據(jù)采集單元供電不穩(wěn)定是系統(tǒng)不能正常運(yùn)行的主要原因之一，采集單元供電除由市電接入外，還應(yīng)內(nèi)置蓄電池以保證供電的連續(xù)、穩(wěn)定，并且監(jiān)控軟件需設(shè)置“欠電報警”，實(shí)時監(jiān)控采集單元供電狀態(tài)。
3.3 運(yùn)行維護(hù)
   該自動抄表系統(tǒng)的核心部件(數(shù)據(jù)采集單元)是電子集成產(chǎn)品，該產(chǎn)品市場接受時間不長，系統(tǒng)應(yīng)用前期故障率會相對較高，為維持抄表的連續(xù)、準(zhǔn)確性，系統(tǒng)相關(guān)組件維護(hù)應(yīng)方便、易操作，必要時應(yīng)庫存一定備品備件。
4 建議
   此遠(yuǎn)程自動抄表系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)控燃?xì)饬髁坑?，在工作狀態(tài)下隨時對照、檢查流量計的狀況，從而避免了計量損失現(xiàn)象，可在一定程度上減小供銷差，保證計量的準(zhǔn)確性。同時，可起到監(jiān)測管網(wǎng)水力工況的作用，為城市管網(wǎng)水力計算及進(jìn)一步優(yōu)化管網(wǎng)結(jié)構(gòu)提供可靠數(shù)據(jù)。此外，條件具備時，筆者認(rèn)為該系統(tǒng)可在如下兩方面適度推廣。
4.1 閥門聯(lián)動
    隨著城市供用氣雙方“照付不議”合同的簽署，客觀上要求各城市燃?xì)夤炯皶r掌握城市用氣情況，特別是以工業(yè)用戶用氣為主的城市，掌握了工業(yè)用戶的用氣情況就等于基本掌握了整個城市的用氣情況。遠(yuǎn)程自動抄表系統(tǒng)與閥門聯(lián)動功能無疑是掌控工業(yè)用戶用氣情況最有效的手段。通過遠(yuǎn)程控制用氣企業(yè)調(diào)壓器進(jìn)口閥門的開關(guān)程度來控制企業(yè)的用氣量，使其波動始終圍繞在“日指定氣量”(用戶提前申報的當(dāng)日用氣量)附近或可控范圍內(nèi)。另外，緊急情況下也可借助聯(lián)動功能實(shí)現(xiàn)供氣切斷。
4.2 民用計量監(jiān)控
    民用調(diào)壓箱進(jìn)行設(shè)計時考慮流量計的安裝要求，在調(diào)壓箱內(nèi)安裝流量計的同時安裝此遠(yuǎn)程自動抄表系統(tǒng)，實(shí)時分析當(dāng)?shù)孛裼糜脷馇闆r，提供合適的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為今后該地區(qū)民用燃?xì)夤艿涝O(shè)計提供依據(jù)。條件許可時，也可在居民用戶內(nèi)安裝，實(shí)現(xiàn)居民用戶燃?xì)膺h(yuǎn)程自動化抄表。
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(本文作者：白連明1 蔣宜軍1 朱華君2 生煬3 史正強(qiáng)1 1.宜興港華燃?xì)庥邢薰?江蘇無錫 214200；2.常州維格電子有限公司 江蘇常州 213022；3.沈陽三全工程監(jiān)理咨詢有限公司 遼寧沈陽 110026)