基于MODBUS TCP協(xié)議的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)應(yīng)用

摘 要

【摘要】遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集終端通過(guò)一定的通訊協(xié)議方式對(duì)燃?xì)獗砭哌M(jìn)行采集；數(shù)據(jù)以GPRS/CDMA專網(wǎng)為網(wǎng)絡(luò)依托，采用標(biāo)準(zhǔn)MODBUS TCP協(xié)議將信息,及時(shí)發(fā)送到數(shù)據(jù)監(jiān)控中心；數(shù)據(jù)監(jiān)
【摘要】遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集終端通過(guò)一定的通訊協(xié)議方式對(duì)燃?xì)獗砭哌M(jìn)行采集；數(shù)據(jù)以GPRS/CDMA專網(wǎng)為網(wǎng)絡(luò)依托，采用標(biāo)準(zhǔn)MODBUS TCP協(xié)議將信息,及時(shí)發(fā)送到數(shù)據(jù)監(jiān)控中心；數(shù)據(jù)監(jiān)控中心運(yùn)用計(jì)算機(jī)通信、信息管理和數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，對(duì)用戶燃?xì)獗砭叩墓ぷ鳡顩r進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶氣量和用氣特性作出技術(shù)分析。
【關(guān)鍵詞】遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)；MODBUS TCP協(xié)議；光電譯碼技術(shù)；太陽(yáng)能供電
    一、背景
    2009年11月中旬，杭州天然氣供氣缺口不斷擴(kuò)大，供氣形勢(shì)嚴(yán)峻。為了有效地緩解天然氣供需矛盾，在保證民用的前提下，達(dá)到資源合理利用，最大限度地減少工業(yè)、公建用戶的經(jīng)濟(jì)損失，(集團(tuán))公司對(duì)主城區(qū)工業(yè)用戶采取有序輪流停氣、限供和對(duì)多家公建用戶進(jìn)行限供措施。
    同年12月，在認(rèn)真總結(jié)天然氣應(yīng)急限供的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)同時(shí)，為切實(shí)加強(qiáng)用戶氣量的數(shù)據(jù)收集和信息分析的基礎(chǔ)管理工作，(集團(tuán))公司著力推行對(duì)工業(yè)、公建用戶氣量的遠(yuǎn)程監(jiān)控工作。
    二、遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)在工業(yè)及公建用戶用氣監(jiān)控的應(yīng)用
    工業(yè)及公建用戶遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的應(yīng)用是對(duì)工業(yè)、公建用戶終端點(diǎn)壓力、溫度、流量、計(jì)量等信息有效監(jiān)控的信息管理系統(tǒng)，對(duì)公司在安全生產(chǎn)、氣量調(diào)度等工作的有序進(jìn)行具有重要意義。
   遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集終端通過(guò)一定的通訊協(xié)議方式對(duì)燃?xì)獗砭哌M(jìn)行采集；數(shù)據(jù)以GPRS/CDMA專網(wǎng)為網(wǎng)絡(luò)依托，采用標(biāo)準(zhǔn)MODBUS TCP協(xié)議將信息及時(shí)發(fā)送到數(shù)據(jù)監(jiān)控中心；數(shù)據(jù)監(jiān)控中心運(yùn)用計(jì)算機(jī)通信、信息管理和數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，對(duì)用戶燃?xì)獗砭叩墓ぷ鳡顩r進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶氣量和用氣特性作出技術(shù)分析。
   抄表系統(tǒng)建設(shè)初期對(duì)6家系統(tǒng)搭建商的39套遠(yuǎn)程抄表終端進(jìn)行試運(yùn)行?？紤]到此次試運(yùn)行涉及廠家較多，決定通過(guò)VMware采用虛擬機(jī)技術(shù)進(jìn)行模擬，保證整個(gè)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)在一個(gè)完全隔離環(huán)境中實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)行，有效降低了服務(wù)器數(shù)量的需求和試驗(yàn)投資。目前已將各廠家采集終端統(tǒng)一接入DNYAC 10.0上位軟件(該軟件同時(shí)實(shí)現(xiàn)原SCADA系統(tǒng)備調(diào)功能)，系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示：
 

   根據(jù)公司對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全的特殊要求，采用GPRS/CDMA專線，實(shí)現(xiàn)采集終端和服務(wù)器平臺(tái)之間采用端到端加密，避免信息在整個(gè)傳輸過(guò)程中出現(xiàn)泄漏的可能，兩者通過(guò)防火墻進(jìn)行隔離，并在防火墻上進(jìn)行IP地址和端口過(guò)濾。
   截至2011年6月，上位軟件已成功近1000塊工業(yè)及公建用戶流量計(jì)數(shù)據(jù)。
   三、系統(tǒng)應(yīng)用前期遇到的問題
   1.數(shù)據(jù)采集終端底層MODBUS TCP數(shù)據(jù)采集格式不統(tǒng)一
在系統(tǒng)投入初期，由于各系統(tǒng)搭建商以自定義底層MODBUS TCP數(shù)據(jù)采集格式進(jìn)行傳輸，導(dǎo)致上傳數(shù)據(jù)內(nèi)容混亂。經(jīng)討論，通過(guò)統(tǒng)一MODBUS寄存器地址(見表1)，可有效解決這一問題。
 

   2.部分現(xiàn)場(chǎng)取電困難
   由于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集頻率要求，現(xiàn)場(chǎng)采集終端采用220V交流供電加后備蓄電池組方式進(jìn)行供電安裝。但是在實(shí)際施工過(guò)程中，遇到個(gè)別現(xiàn)場(chǎng)因無(wú)法取得220V電源、大理石地面埋管不便等原因造成現(xiàn)場(chǎng)因供電問題而無(wú)法施工。
    為此，提出在這些現(xiàn)場(chǎng)使用太陽(yáng)能供電系統(tǒng)進(jìn)行供電的方案(見圖2)。
 

    整個(gè)系統(tǒng)的供電是通過(guò)太陽(yáng)能電路板采集太陽(yáng)能將電能通過(guò)電源管理器存儲(chǔ)到鉛酸電池內(nèi)，然后由鉛酸電池放電為數(shù)據(jù)采集終端提供電源。數(shù)據(jù)采集終端通過(guò)可控的隔離電源為用戶的流量計(jì)供電，通過(guò)光耦隔離和用戶流量計(jì)通訊獲取數(shù)據(jù)。
   太陽(yáng)能供電系統(tǒng)與外界環(huán)境完全隔離，有效解決了取電難問題，同時(shí)避免了由于交流供
電可能帶來(lái)的浪涌、瞬變的干擾，避免感應(yīng)雷的影響。
   3.皮膜表不具備遠(yuǎn)傳功能
   在工業(yè)及公建用戶流量計(jì)中存在大量皮膜表，因皮膜表的自身不具備遠(yuǎn)傳功能，通過(guò)對(duì)皮膜表進(jìn)行內(nèi)部改造使新的計(jì)度器可以輸出脈沖信號(hào)的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸與現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。
    皮膜表改造項(xiàng)目采用了較為先進(jìn)的光電譯碼技術(shù)，在計(jì)數(shù)器每個(gè)轉(zhuǎn)盤上的刻度對(duì)應(yīng)圓周位置處，開出不同形狀的孔，計(jì)數(shù)器兩邊分別裝有光發(fā)射器和光接收器，紅外線通過(guò)開孔的透射，把光束照射到光接受器，光接受器根據(jù)每個(gè)孔的形狀特點(diǎn)及排列特點(diǎn)，根據(jù)規(guī)定的譯碼信息，轉(zhuǎn)換成相對(duì)應(yīng)的刻度數(shù)值大小。
   光電譯碼器工作時(shí)，從底數(shù)位計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)盤開始逐位定時(shí)、定位透射，直到最高數(shù)位的計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)盤為一個(gè)周期，從而譯出一個(gè)完整的計(jì)數(shù)器讀數(shù)。在表具的計(jì)數(shù)器支架上加裝紅外收發(fā)管，通過(guò)中間帶編碼孔的字輪組成光機(jī)電轉(zhuǎn)換裝置。齒輪每轉(zhuǎn)一圈會(huì)有一組信號(hào)輸出。
   更新后的計(jì)數(shù)器信號(hào)通過(guò)RS232/485方式輸出給采集終端，采集終端實(shí)時(shí)讀取計(jì)數(shù)器的數(shù)據(jù)信號(hào)并存儲(chǔ)。采集終端與DTU通過(guò)RS232/485連接，DTU直接接入GPRS/CDMA專網(wǎng)與中心建立連接，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳的目的。
抽取部分皮膜表遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)照(如表2)：
表2遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)照表
站點(diǎn)名稱
皮膜表型號(hào)
時(shí)間
遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)
時(shí)間
現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)
天鴻飯店中餐廳
LMN-40
16：03
125290
16：05
125291
天鴻飯店宴會(huì)廳
LMN-16
16：08
54924
16：10
54925
天鴻飯店職工餐廳
LMN-25
16：08
47401
16：09
47401
聚樂園
LMN-25
15：03
60350
15：05
60351
翔園賓館
LMN-40
15：08
147280
15：06
147279
翔園賓館
LMN-16
15：08
10642
15：09
10643
   通過(guò)對(duì)上位軟件的數(shù)據(jù)曲線趨勢(shì)分析，可以看出用戶用氣量隨著時(shí)間的推移而平穩(wěn)增長(zhǎng)，無(wú)數(shù)據(jù)突變，表明改造的皮膜表數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳系統(tǒng)性能運(yùn)行穩(wěn)定、可靠；通過(guò)與現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械表頭讀數(shù)比較，上位軟件的數(shù)據(jù)變化量與現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械轉(zhuǎn)子變化數(shù)據(jù)量基本一致，驗(yàn)證了該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。
   四、小結(jié)
   以上主要闡述了(集團(tuán))公司在遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中的一些經(jīng)驗(yàn)和在建設(shè)過(guò)程中所遇到的問題及解決辦法。通過(guò)不斷的探索，遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)完全能夠穩(wěn)定運(yùn)行，并且滿足大數(shù)量級(jí)采集終端監(jiān)控、讀取、控制、數(shù)據(jù)分析等功能。
 
 
(本文作者：孫一帆 杭州市燃?xì)?集團(tuán))有限公司)