燃氣遠程抄表系統(tǒng)的設備標識及安裝、驗收技術

摘 要

摘要：隨著杭州天然氣市場的快速發(fā)展，上游天然氣供應總量限制與下游用氣需求快速增長的矛盾越來越突出，給城市燃氣管網(wǎng)的安全運行帶來很大的壓力。建立GPRS遠程抄表系統(tǒng)可以幫助
摘要：隨著杭州天然氣市場的快速發(fā)展，上游天然氣供應總量限制與下游用氣需求快速增長的矛盾越來越突出，給城市燃氣管網(wǎng)的安全運行帶來很大的壓力。建立GPRS遠程抄表系統(tǒng)可以幫助企業(yè)實時掌握大用戶用氣負荷變化信息，有助于企業(yè)在氣量調(diào)度、運營管理上的科學決策。但國內(nèi)建成并穩(wěn)定運行的遠程抄表系統(tǒng)很少，各家單位開發(fā)的監(jiān)控軟件和遠傳終端設備沒有統(tǒng)一的技術標準和通訊接口標準，系統(tǒng)兼容性和可維護性差。本文系統(tǒng)闡述了杭州在組建燃氣遠程抄表系統(tǒng)過程中的設備選擇標準、安裝驗收技術，為推動燃氣行業(yè)遠程抄表技術發(fā)展提供了寶貴的經(jīng)驗。
關鍵詞：杭州燃氣；遠程抄表；設備標準；安裝驗收技術
1 前言
    杭州市管道天然氣市場近年來發(fā)展迅速，2010年供氣規(guī)模達到31719.4萬m3，同比增長25.95%；銷售氣量達到31005.6萬m3，同比增長26.45%。其中，民用戶規(guī)模為49.38萬戶，占總銷售氣量的19.57%；公建用戶1534戶，占總銷售氣量的51.57%；工業(yè)用戶25家，占總銷售氣量的13.69%。用氣結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)多元化趨勢，工業(yè)、公建用氣在燃氣銷售結(jié)構(gòu)的比重越來越高。隨著用氣規(guī)模的迅速擴大和用戶數(shù)量的大幅增加，上游天然氣供應總量限制和下游用氣需求快速增長的矛盾以及各城區(qū)中低壓供氣管網(wǎng)供氣能力的矛盾越來越突出，給杭州整個燃氣管網(wǎng)的安全運行和公司在氣量調(diào)度、管理決策上帶來了很大的壓力，及時、準確地掌握用戶用氣量和用氣負荷變化規(guī)律最得尤為重要。按照傳統(tǒng)方法，就需要投入大量的人力、物力去現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)，再人工統(tǒng)計整理和分析，不僅實時性差，還很容易出差錯。
2 國內(nèi)燃氣GPRS遠程抄表系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀與存在問題
   GPRS遠程抄表系統(tǒng)作為一項比較成熟的自動抄表技術，目前已廣泛應用于電力、自來水行業(yè)，但針對燃氣行業(yè)的遠程抄表系統(tǒng)還處于剛起步階段。因為燃氣行業(yè)具有不同于電力、自來水行業(yè)的特殊性，燃氣是一種易燃易爆氣體，燃氣的計量調(diào)壓工藝流程相對比較復雜，在設計上還有防火防爆的要求。因此，針對燃氣行業(yè)的遠程抄表系統(tǒng)相對還處于不斷摸索、完善的階段，相關理論研究很多，但實際建成并穩(wěn)定運行的很少。而且，目前專業(yè)從事燃氣遠程抄表系統(tǒng)的開發(fā)單位較少，各家單位開發(fā)的遠程抄表系統(tǒng)一般都采用自己研發(fā)的監(jiān)控系統(tǒng)軟件和GPRS遠程抄表設備，軟件和設備自成一套系統(tǒng)，相互之間沒有統(tǒng)一的設備技術標準和通訊接口標準，無法真正實現(xiàn)技術上的兼容，運行穩(wěn)定性較差，給燃氣經(jīng)營公司帶來一系列的后續(xù)運行維護、配件更換等困難。杭州燃氣公司在組建燃氣遠程抄表系統(tǒng)過程中，針對試點中出現(xiàn)的問題，及時組織技術力量制定了遠程抄表設備標準和施工規(guī)范，從根本上解決了不同GPRS遠程抄表設備無法接入同一個平臺并穩(wěn)定運行的問題。目前杭州已建成并投入運行1040塊遠程抄表終端，涉及終端設備廠家有浙江金卡、杭州鴻鵠等4家，運行狀況良好，平均在線率在90%以上，技術和施工管理都達到國內(nèi)先進水平。

3 杭州燃氣GPRS遠程抄表系統(tǒng)原理
    杭州燃氣遠程抄表系統(tǒng)由計量表具、GRPS無線網(wǎng)絡、GPRS數(shù)據(jù)采集終端、通訊服務器、數(shù)據(jù)庫服務器及客戶端組成。整個系統(tǒng)可分為數(shù)據(jù)采集層、無線網(wǎng)絡層和數(shù)據(jù)管理層3個層次。其系統(tǒng)架構(gòu)如下：
    采集數(shù)據(jù)時，由監(jiān)控中心的計算機通過GPRS通訊網(wǎng)絡向每一臺GPRS遠傳數(shù)據(jù)采集器發(fā)出采集指令，數(shù)據(jù)采集控制器接收到GPRS無線網(wǎng)絡指令信號，采集器內(nèi)DTU通過RS485總線讀取燃氣表累積用氣量、瞬時流量、壓力、溫度等數(shù)據(jù)，并完成數(shù)據(jù)處理和存儲，然后采集器通過無線數(shù)傳模塊將處理后的數(shù)據(jù)以IP數(shù)據(jù)包的形式發(fā)送至GPRS/CDMA網(wǎng)絡服務器上，通訊服務器接收到GPRS/CDMA網(wǎng)絡服務器上的數(shù)據(jù)后，存儲到數(shù)據(jù)服務器。如果網(wǎng)絡通訊連接超時，系統(tǒng)認為遠傳表不在線，需要等待下一個采集周期，一般一個采集周期在20min-30min左右，可根據(jù)需要設定。
    接入系統(tǒng)的計量表具應具備RS485通訊接口，如果沒有則需要進行改造。機械式皮膜表最常用的方法是將機械讀數(shù)輪拆下，換上光電直讀式數(shù)碼輪，該數(shù)碼輪內(nèi)部集成控制芯片，具有將數(shù)字轉(zhuǎn)換成電氣信號和RS485通訊功能。渦輪表和羅茨表需安裝溫壓補償儀，溫壓補償儀不僅可以修正溫度、壓力對燃氣計量的影響，還帶有RS485通訊功能，通過信號線可直接接入GPRS數(shù)據(jù)采集終端。
    工作站訪問有兩種工作模式，一種是客戶端模式，通過局域網(wǎng)與數(shù)據(jù)服務器連接，直接調(diào)讀數(shù)據(jù)庫服務器數(shù)據(jù)，典型的有MOSAIC 4.2遠程抄表監(jiān)控系統(tǒng)。另一種是IE訪問模式，通過Internet互聯(lián)網(wǎng)，訪問數(shù)據(jù)庫服務器，不需要安裝專用的客戶端軟件，典型的有DYNAC遠程抄表系統(tǒng)。
4 遠程抄表點的篩選技術
   根據(jù)杭州市燃氣集團2010年運營統(tǒng)計年報分析，民用氣的特點是比較穩(wěn)定，用氣量與點火數(shù)有比較穩(wěn)定的線性關系，用氣負荷容易預測與管理。工業(yè)用氣的特點是用氣負荷受整個生產(chǎn)銷售景氣程度的影響，用氣負荷變化無規(guī)律。公建用氣中的鍋爐、空調(diào)用氣極易受氣溫等氣候因素影響，日用氣量波動幅度大。而日用氣量在100m3以上的工業(yè)公建大用戶用氣量占工業(yè)公建總用氣量的75%左右，因此只要對日用氣量100m3以上的大用戶安裝遠程抄表系統(tǒng)，就可以完全滿足實時氣量管理需求，還可以減少數(shù)據(jù)采集終端設備的投資及后續(xù)的運行維護工作量。
5 遠程抄表系統(tǒng)的設備標準與安裝技術
5.1 GPRS數(shù)據(jù)采集器標準
   GPRS遠傳數(shù)據(jù)采集器是遠程抄表系統(tǒng)的重要設備，數(shù)據(jù)采集器具有RS485/232接口，通信速率為300～115200bps，通信協(xié)議采用MODBUS RTU/ASCⅡ工業(yè)通信協(xié)議，內(nèi)部供電一般選擇24VDC。一只數(shù)據(jù)采集終端(DTU)實際應用中一般接1-3只燃氣表。標準GPRS遠程數(shù)據(jù)采集器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下：
 

5.2 G PRS數(shù)據(jù)存儲格式標準
    遠程抄表采集的數(shù)據(jù)有兩種類型，一種是計量表具數(shù)據(jù)，如流量、壓力、溫度等模擬量數(shù)據(jù)；另一種是狀態(tài)信號數(shù)據(jù)，如市電狀態(tài)、采集終端柜門狀態(tài)等開關量數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集格式見表1。

5.3 安全柵標準與安裝技術
    用于遠程抄表系統(tǒng)的安全柵一般選擇RS485或RS232隔離式安全柵。隔離式安全柵采用了將輸入、輸出以及電源3方之間相互電氣隔離的電路結(jié)構(gòu)，具備更強的輸入信號處理能力，由于信號線路無需共地，使得檢測和控制回路信號的穩(wěn)定性和抗干擾能力大大增強，從而提高了整個系統(tǒng)的可靠性。安全柵應具備浪涌保護功能。若不具備，則必須單獨安裝信號浪涌保護器。
    燃氣羅茨表、渦輪表及皮膜表數(shù)碼計數(shù)器均采用RS485四線制輸出，一般選擇LBGS8093-EX系列或2108D系列安全柵。該規(guī)格的安全柵內(nèi)部已經(jīng)有防浪涌功能，不必再單獨安裝信號浪涌保護器和電源浪涌保護器，但13-16端子必須短接并接地。
    埃爾斯特流量計采用的是六線制輸出，一般采用GS8193-EX系列安全柵，同時配裝信號浪涌保護器。
    兩種不同規(guī)格的安全柵電氣接線圖如圖3。

5.4 供電系統(tǒng)標準及取電安裝技術
    燃氣遠程抄表系統(tǒng)有兩種供電模式，一種為市電供電，另一種為太陽能供電。市電供電的核心元件是開關電源，輸入側(cè)為220V市電電源，輸出側(cè)是質(zhì)量較高的24V直流電。直流輸出分兩路，一路供給GPRS數(shù)據(jù)采集終端，一路供給蓄電池。正常情況下，遠程系統(tǒng)由開關電源供電，蓄電池作為備用，處于充電狀態(tài)；當市電停電時，通過電源管理模塊將開關電源供電切換到蓄電池供電。
    太陽能供電模式的核心元件是太陽能電池板和電源管理器。太陽能電池是通過光電效應直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置，太陽能電池板輸出電壓最大為1OV。電源管理器輸入接太陽能電池板，輸出分兩路，一路供給GPRS數(shù)據(jù)采集終端，一路供給蓄電池。
    取電應根據(jù)遠程終端現(xiàn)場供電情況選擇，一般優(yōu)先選擇從配電箱內(nèi)取，因為配電箱有比較完善的電氣保護和接地系統(tǒng)，市電不宜從插座、開關處取電。如現(xiàn)場無市電，且從其他地方接入市電非常困難，則可選擇太陽能電池板供電，但必須具備光照充足、遮擋少且對周邊沒有影響3個條件。如果條件不滿足，還可以采用電磁閥取電，電磁閥取電是最后的選擇。
5.5 接地標準及安裝技術
    (1) 接地標準包括浪涌保護、跨接和接地3部分。浪涌保護器(SPD)也叫防雷器，是一種為各種電子設備、儀器儀表、通訊線路提供安全防護的電子裝置。當電氣回路或者通信線路中因為外界的干擾突然產(chǎn)生尖峰電流或者電壓時，浪涌保護器能在極短的時間內(nèi)導通分流，從而避免浪涌對回路中GPRS設備和流量計的損害。遠程抄表系統(tǒng)上有電源線路SPD和信號線路SPD兩種，電源線路SPD接在開關電源交流側(cè)或開關電源直流側(cè)，信號線路SPD接在流量計RS485信號線上。
    (2) 跨接是用銅導線或編織銅線將設備與金屬護套管、金屬護套管與對接的金屬護套管、金屬護套管與接地線等兩個不同的設備短接起來，目的是防止靜電積聚和感應過電壓對套管內(nèi)信號線、儀表等影響?？缃泳€一般選用編織軟銅線或6mm2的軟銅線，每個跨接的點都應該用跨接線連接起來，跨接點應使用金屬抱箍扎緊或用螺絲擰緊，禁止用尼龍扎帶捆扎或用導線纏繞的方法。
(3) 接地是通過金屬導線與接地裝置連接，將電氣設備和其他生產(chǎn)設備上可能產(chǎn)生的漏電流、靜電荷以及雷電電流等引入地下。遠程抄表系統(tǒng)主要有兩種接地，一是防雷接地，二是屏蔽接地。防雷接地是將220V電源浪涌接地、24V電源浪涌接地、信號浪涌接地、流量計表頭感應電接地。屏蔽接地是將RS485信號線屏蔽接地，防止高頻信號或雜波信號干擾影響DTU正常工作。與建筑物共用防雷接地體接地電阻應小于1Ω；單獨使用鍍鋅角鋼打接地樁的接地電阻應小于4Ω。與接地體連接的接地線應使剛6mm2以上的BVR銅芯軟線或銅編織線。單根接地樁接地電阻達不到4Ω的，打接地樁應選擇土層厚實、雜物較少的地方。單獨打一根接地樁無法滿足接地電阻要求，則應再增加接地樁，直至滿足接地電阻要求。相鄰兩根接地樁之間的距離不應小于2m。接地樁之間應使用相同規(guī)格的角鋼焊接或使用6mm2以上的BVR銅芯軟線連接，并用螺絲緊固。其結(jié)構(gòu)如圖4。

5.6 數(shù)據(jù)采集終端的防爆安裝技術
    (1) 絕緣電線和信號線均應要求用鍍鋅鋼管或金屬波紋管穿管安裝。當現(xiàn)場信號線和電源線貼近燃氣管道敷設時，與室內(nèi)燃氣管道的平行敷設凈距應大于5cm，交叉敷設時應大于1cm。與室外地下燃氣管道的水平凈距應大于1m，垂直凈距應大于0.15m。
    (2) 燃氣數(shù)據(jù)采集終端機箱必須使用不銹鋼防爆機箱。防爆機柜的防爆等級不低于Exd IIbT4。防爆機柜與儀表之間的信號線應使用防爆軟管穿管，或使用DN25鍍鋅鋼管、DN20金屬波紋管穿管，嚴禁使用PVC管穿管。與防爆機柜、儀表、穿線管連接孔應用完全封閉，防止燃氣漏到柜體或穿線管內(nèi)。
5.7 上位軟件遠程點建表技術
    (1) 新建遠程點首先應進行SIM卡配置。每張SIM卡對應一個IP地址，1個IP地址只能應用于1個DTU。SIM的設置是在電信或移動公司配置好的，綁定后的SIM直接插入數(shù)據(jù)通信模塊DTU設備上的卡槽內(nèi)，GPRS)]艮務器就具備硬件上呼叫、控制DTU的功能了。如果SIM卡壞了，就需要到電信或移動公司配一張新卡。
    (2) 設置基本信息。首先確定遠程表的公建編號，一個用戶只有一個公建編號，公建編號不能有重復，否則批量導入時可能會導致服務器程序故障。其次是確定表號，一個表號對應一塊燃氣表。
    (3) 確定用戶類別與用氣性質(zhì)。用戶類別有機關、學校、賓館、餐飲、娛樂、貿(mào)易局、商場、體育、寫字樓、經(jīng)委/工業(yè)、民政、城投、其他等14類，用氣性質(zhì)有鍋爐、餐飲、食堂、生產(chǎn)線、空調(diào)、下游經(jīng)銷商等6類。確定用戶類別和用氣性質(zhì)可以實現(xiàn)分類管理，在遠程抄表系統(tǒng)中可以生成不同性質(zhì)用氣的統(tǒng)計報表。
    (4) 確定在線流量計信息與用戶信息。包括用戶名稱、公建編號、表號、用氣性質(zhì)、用戶地址、區(qū)域、聯(lián)系人、聯(lián)系電話、流量計類型等基本信息。
    (5) 批量導入安裝單位數(shù)據(jù)采集器IP地址。系統(tǒng)導入時，IP地址必須配置正確，否則將無法連接上。
    (6) 批量導入變量關聯(lián)。不同類型的流量計，如皮膜表、渦輪流量計、羅茨表、德聞表，其數(shù)據(jù)采集程序和通訊協(xié)議是不同的，因此必須根據(jù)現(xiàn)場表具的型號確定RTU的變量關聯(lián)代碼，并導入對應的變量關聯(lián)程序。變量關聯(lián)不正確將無法正常上傳數(shù)據(jù)。
6 遠程抄表系統(tǒng)驗收技術
    遠程抄表系統(tǒng)的驗收應選擇在通氣時或通氣后進行，驗收前制作好檢查卡，按外觀檢查、上電檢測、上位軟件通訊測試、數(shù)據(jù)核對等4個環(huán)節(jié)。
    (1) 外觀檢查。外觀檢查包括數(shù)據(jù)采集終端機箱外觀及穿線孔密封檢查、支架牢固度及防腐檢查、電源線與信號線敷設、跨接檢查、機箱內(nèi)數(shù)據(jù)采集元器件數(shù)量規(guī)格檢查等。
    (2) 上電檢測。上電檢測在外觀檢查合格后進行，上電應做好兩項內(nèi)容的檢查，一是上電后，GPRS采集器內(nèi)所有電氣元件是否工作正常，二是用現(xiàn)場測試軟件，檢測RTU是否能從燃氣表上抄到數(shù)據(jù)，并檢查檢測軟件上的數(shù)據(jù)是否與燃氣表上的數(shù)據(jù)一致。
    (3) 通訊測試?，F(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)正常后，與信息中心聯(lián)系，在服務器上發(fā)通訊命令，看服務器是否能與現(xiàn)場DTU建立良好的通訊。通訊連接正常，則在上位監(jiān)控軟件上進行數(shù)據(jù)核對，觀察上位軟件數(shù)據(jù)和現(xiàn)場表數(shù)據(jù)，達到一致或基本一致視為遠程抄表系統(tǒng)工作正常。
    (4) 數(shù)據(jù)核對。數(shù)據(jù)核對包括驗收核對和日常核對兩塊。驗收核對在通訊測試的時候同步進行，日常核對在遠程抄表點正常上線后進行。日常數(shù)據(jù)核對非常重要，主要觀察該表的上線率、數(shù)據(jù)上傳正確率兩個指標，在試運行期間，上線率和正確率都達到設計要求方可通過驗收。
7 結(jié)束語
    隨著城市管道燃氣用戶的快速增長和供氣區(qū)域的不斷擴大，建立燃氣遠程抄表系統(tǒng)已成為燃氣經(jīng)營企業(yè)在確保管網(wǎng)安全運行、氣量調(diào)度和科學決策上的重要措施。針對燃氣遠程抄表系統(tǒng)技術標準的不統(tǒng)一和施工管理的不規(guī)范，杭州燃氣集團兩年多來投入大量資金發(fā)展遠程抄表系統(tǒng)，在這一領域中，已積累了一定的技術力量和施工管理經(jīng)驗，促進了燃氣行業(yè)遠程抄表系統(tǒng)的技術成熟。
參考文獻：
1 杭州燃氣集團.遠程抄表系統(tǒng)設備規(guī)格要求.2010
2 城鎮(zhèn)燃氣技術規(guī)范GB 50028-2006
3 姜開山.GPRS遠程抄表系統(tǒng)應用實踐.中國電力出版社，2007
 
(本文作者：沈曉東 高立鴻 杭州市燃氣(集團)有限公司 310052)