一、前言
隨著生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步,在我們國(guó)家的燃?xì)庑袠I(yè),為了對(duì)外供燃?xì)膺M(jìn)行實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的計(jì)量,需要不斷增加科技手段。企業(yè)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)從本質(zhì)上講,它是生產(chǎn)過程信息管理系統(tǒng)的產(chǎn)品之一,它為用戶提供數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)分析功能,形成一體化信息管理數(shù)據(jù)庫(kù)。這些數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)并轉(zhuǎn)換成更加清晰易懂的各類管理報(bào)表,作為管理或高級(jí)管理層集中決策的信息依據(jù),這些依據(jù)為更好地為生產(chǎn),節(jié)能減耗提供良好的科學(xué)數(shù)據(jù)。
隨著企業(yè)日益完善和企業(yè)內(nèi)部的管理需要,建立一整套完善的燃?xì)夤芫W(wǎng)信息系統(tǒng)已勢(shì)在必行。邢臺(tái)煤氣熱力公司在2005年初進(jìn)行了系統(tǒng)改造,更換或新添了各個(gè)站點(diǎn)的一些硬件設(shè)備,通信方式有過去的數(shù)傳電臺(tái)更換為中國(guó)移動(dòng)公司的GPRS網(wǎng)絡(luò),上為機(jī)軟件系統(tǒng)由河北久信電子科技有限公司量身定做。通過半年的運(yùn)行,各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要,給企業(yè)管理帶來很大效益。
二、系統(tǒng)簡(jiǎn)介
本系統(tǒng)為改造原來的電臺(tái)系統(tǒng)。改造內(nèi)容主要有系統(tǒng)軟件、低層數(shù)據(jù)采集部分、數(shù)據(jù)傳輸部分,不涉及各站流量表及傳感器部分。
監(jiān)測(cè)控制室是系統(tǒng)基本組成部分,它包括主監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)、無(wú)線GPRS接口設(shè)備及打印機(jī)等外圍設(shè)備。主控計(jì)算機(jī)和無(wú)線GPRS接口設(shè)備之間通過標(biāo)準(zhǔn)的通信接口(RS-232/485/RJ45)相連,用于接收各分站發(fā)送過來的數(shù)據(jù)信息。在用氣分站,現(xiàn)場(chǎng)儀表或傳感器的通信口與無(wú)線GPRS終端使用標(biāo)準(zhǔn)的RS232/485線纜相連。實(shí)現(xiàn)分站和主站之間通過移動(dòng)的GPRS網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)進(jìn)行通訊。
在實(shí)際工作過程中,監(jiān)控室的主控計(jì)算機(jī)根據(jù)實(shí)際需求,可以實(shí)現(xiàn)中心站對(duì)底層子站的招測(cè),同時(shí)如果低層儀表具有自動(dòng)上傳能力,也可以實(shí)現(xiàn)不同間隔的數(shù)據(jù)自動(dòng)上報(bào)。在招測(cè)過程中,調(diào)度員的點(diǎn)召操作通過GPRS 終端對(duì)某一站點(diǎn)發(fā)出操作指令,指令通過中國(guó)移動(dòng)的GPRS網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)到達(dá)目的站點(diǎn),目的站點(diǎn)接收到中心的指令后進(jìn)行驗(yàn)證,然后根據(jù)運(yùn)行參數(shù)生成相應(yīng)的數(shù)據(jù)包,并通過無(wú)線GPRS終端經(jīng)由GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送回主站。
三、設(shè)計(jì)原則
(一)安全可靠
選用成熟、安全、可靠性高的技術(shù)和產(chǎn)品是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體高效運(yùn)行的基礎(chǔ),在本方案中數(shù)據(jù)傳輸單元選用河北久信電子科技有限公司的產(chǎn)品,該產(chǎn)品不僅具有穩(wěn)定運(yùn)行、流量費(fèi)用低的特點(diǎn),而且具有數(shù)據(jù)防錯(cuò)、檢錯(cuò)處理等技術(shù)確保主體數(shù)據(jù)安全功能。
(二)先進(jìn)性
系統(tǒng)采用先進(jìn)成熟公網(wǎng)傳輸技術(shù),應(yīng)用軟件根據(jù)用戶的需求量身定做,無(wú)論在設(shè)計(jì)方案還是實(shí)際應(yīng)用,都符合或超越當(dāng)前企業(yè)的需求。
(三)實(shí)用性
系統(tǒng)的功能必須充分滿足生產(chǎn)需要,用戶需求。系統(tǒng)功能分析力求完善化、科學(xué)化、實(shí)用化;界面設(shè)計(jì)方便、友好使用戶易于理解、掌握、操作。
(四)易于擴(kuò)充
為適應(yīng)今后燃?xì)夤芫W(wǎng)發(fā)展的特點(diǎn)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須兼顧考慮到今后的擴(kuò)展和擴(kuò)充。所以,在應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)上采用了結(jié)構(gòu)化和模塊化的設(shè)計(jì)方法,使系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)清晰、易讀,在功能劃分和設(shè)計(jì)時(shí),各模塊能相對(duì)獨(dú)立、減少相關(guān)性,易于擴(kuò)充、維護(hù)和修改,使設(shè)備配置和系統(tǒng)擴(kuò)展有更大的自由度和靈活性。
(五)兼容性
站級(jí)系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、以太網(wǎng)協(xié)議都采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),使得系統(tǒng)的兼容性大大提高,只要遵守國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),任何廠家的設(shè)備都可以接入系統(tǒng)。
(六)高性價(jià)比
系統(tǒng)配置選用高可靠性產(chǎn)品,以得到更好的性能、可靠的質(zhì)量、周到的服務(wù)及最強(qiáng)勁的技術(shù)支持,使有限的資金發(fā)揮最大的效益。
圖1 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
四、設(shè)計(jì)方案
本系統(tǒng)由中心調(diào)度站和用戶分站以及通訊系統(tǒng)組成,功能分別如下:
1.中心調(diào)度站:安裝網(wǎng)管計(jì)算機(jī)、無(wú)線GPRS接入設(shè)備、打印機(jī)等外圍設(shè)備。主控計(jì)算機(jī)和無(wú)線GPRS接入設(shè)備之間通過RJ45線纜相連。通過GPRS網(wǎng)絡(luò)平臺(tái),中心計(jì)算機(jī)把接受到的用戶分站數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成各項(xiàng)參數(shù)存儲(chǔ)到標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)。這些存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)根據(jù)用戶需求形成直觀的曲線圖、棒圖、報(bào)表等決策類的信息格式。
2.用戶分站:設(shè)在用戶現(xiàn)場(chǎng),安裝流量計(jì)、壓力變送器、數(shù)據(jù)采集RTU、無(wú)線GPRS終端硬件設(shè)施,各個(gè)一次表的信號(hào)通過安全柵和防爆管接到外面的配電箱內(nèi)。
3.計(jì)量?jī)x表由于具有標(biāo)準(zhǔn)的通信接口,可以通過安全柵直接和GPRS終端相連;壓力變送器可以通過RTU和GPRS 終端相連,把它的4MA~20MA信號(hào)傳輸?shù)街行挠?jì)算機(jī)上。拓?fù)鋱D如下:
圖2 拓樸圖
用戶站參數(shù):
2路模擬量輸入
2路開關(guān)量輸入
2路開關(guān)量輸出
門站參數(shù):
8路開關(guān)量輸入
8路模擬量輸入
8路開關(guān)量輸出
(一)中心調(diào)度站設(shè)計(jì)
中心調(diào)度站是系統(tǒng)的中樞,由其完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)中所有子站(場(chǎng)站)的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)顯示的工作,使調(diào)度人員能夠?qū)崟r(shí)掌握管網(wǎng)動(dòng)態(tài)信息、及時(shí)處理報(bào)警、優(yōu)化調(diào)度方案,使管網(wǎng)平穩(wěn)、高效運(yùn)行。同時(shí),調(diào)度中心將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)入具有標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)接口的歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中,為未來管理信息系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)提供預(yù)留的接口,以提供歷史數(shù)據(jù)分析和趨勢(shì)分析功能,使調(diào)度人員能夠完成整個(gè)管網(wǎng)預(yù)測(cè)任務(wù)。
主站計(jì)算機(jī)通過校驗(yàn)分析所收到的數(shù)據(jù)包的完整性,有錯(cuò)誤或超時(shí)仍未收到數(shù)據(jù)包時(shí),會(huì)有相應(yīng)的報(bào)警提示并記錄在數(shù)據(jù)庫(kù)中,成功的通訊則會(huì)將各項(xiàng)參數(shù)分別存入數(shù)據(jù)庫(kù),以備操作員和各有關(guān)職能部門調(diào)用。根據(jù)實(shí)際工作的需要,程序員能夠制作各種不同形式的表格、曲線、棒圖。具體細(xì)節(jié)可由技術(shù)協(xié)議而定。遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用無(wú)線工作方式,利用無(wú)線GPRS終端進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,來實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)調(diào)度人員對(duì)各用戶分站的遠(yuǎn)程監(jiān)控。
中心管理軟件具有發(fā)布功能,可以把數(shù)據(jù)發(fā)布在企業(yè)的局域網(wǎng)上,使所有管理人員能夠通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。
(二)中心主站軟件功能介紹
主控室監(jiān)測(cè)軟件采用通用編程工具開發(fā),靈活性好,針對(duì)性強(qiáng),可以對(duì)采集來的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理、保存、入庫(kù),制作輸出報(bào)表,繪出各種曲線,從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程抄表、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及自動(dòng)化管理功能。界面友好,操作簡(jiǎn)單方便,真正實(shí)現(xiàn)了高效率和辦公自動(dòng)化。
該軟件系統(tǒng)是我公司軟件部數(shù)名專業(yè)編程人員,采用最新可視化編程語(yǔ)言Delphi 7.0 編寫。在現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)條件中經(jīng)過嚴(yán)格測(cè)試,運(yùn)行穩(wěn)定、功能強(qiáng)大,全新中文圖形界面操作方便簡(jiǎn)單。豐富多樣的報(bào)表由計(jì)算機(jī)直接打印。尤其是它強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能夠?qū)崿F(xiàn)多方共享。
根據(jù)邢臺(tái)煤氣熱力公司的改造需求和本系統(tǒng)的特點(diǎn),《JX-2004燃?xì)膺h(yuǎn)程檢測(cè)系統(tǒng)》軟件完全可以解決現(xiàn)有軟件存在的問題,并對(duì)一些常用功能做出了加強(qiáng)。比如嵌入一些實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)界面進(jìn)行軟件的豐富,使操作人員的操作更加簡(jiǎn)單直觀。
1.用戶地圖
用戶管理界面采用數(shù)字地圖,界面可放大縮小,在此界面上可觀察到各個(gè)用戶子站的多種工藝參數(shù)運(yùn)行情況,通過點(diǎn)擊用戶即可進(jìn)入該用戶實(shí)時(shí)曲線界面。
2.報(bào)表功能
日?qǐng)?bào)表統(tǒng)計(jì)當(dāng)天實(shí)時(shí)的運(yùn)行數(shù)據(jù),列出每天的用氣狀態(tài)和停電時(shí)間等情況;月報(bào)表統(tǒng)計(jì)當(dāng)月每天的運(yùn)行數(shù)據(jù),列出每天的用氣狀態(tài)和停電時(shí)間等情況;年度報(bào)表統(tǒng)計(jì)一年12個(gè)月每月的用氣狀態(tài)和停電情況。報(bào)表格式可按照用戶要求定制,由軟件直接進(jìn)行預(yù)覽、打印,無(wú)需另行轉(zhuǎn)換。
3.圖表曲線功能
系統(tǒng)可以針對(duì)某一站點(diǎn)、某一用戶或者整個(gè)系統(tǒng)自動(dòng)做出多參數(shù)日用氣量直方圖趨勢(shì)曲線,月用氣量直方圖趨勢(shì)曲線,年用氣量直方圖趨勢(shì)曲線,或某一時(shí)間段內(nèi)的用氣量趨勢(shì)曲線。直觀的反映出各個(gè)用戶的用氣情況。曲線可任意放大、縮小和拖動(dòng)。
4.故障處理和報(bào)警功能
主控室對(duì)于出現(xiàn)的通信故障和參數(shù)數(shù)據(jù)超限、儀表單體故障、市電停電、儀表掉線產(chǎn)生報(bào)警,并將產(chǎn)生報(bào)警的時(shí)間和原因記自動(dòng)記錄到數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中,幫助操作員直接處理。報(bào)警方式為窗口提示、聲音報(bào)警等方式可選。
5.強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)查詢功能
數(shù)據(jù)庫(kù)軟件采用SQL SERVER 2000,該軟件適用于多種數(shù)據(jù)應(yīng)用環(huán)境,運(yùn)行穩(wěn)定可靠。對(duì)于存儲(chǔ)在其內(nèi)的數(shù)據(jù),操作員可通過設(shè)置不同的查詢條件(包括時(shí)間范圍、用戶名稱、參數(shù)數(shù)據(jù)范圍等條件)從數(shù)據(jù)庫(kù)中任意獲得各種歷史數(shù)據(jù),查詢條件可以單獨(dú)設(shè)置,多種組合直接支持大于、小于、等于、大于等于、小于等于、不等于、與、或、非等邏輯條件,也可以通過同時(shí)設(shè)定多種模糊的查詢條件進(jìn)行組合查詢比如類似于、有存在等。你可以查詢某一時(shí)刻的壓力、溫度、瞬時(shí)流量、累計(jì)流量等參數(shù)形成報(bào)表。也可查詢報(bào)警記錄,獲得產(chǎn)生報(bào)警的時(shí)間和原因并形成報(bào)表。數(shù)據(jù)庫(kù)的維護(hù)方便簡(jiǎn)單,對(duì)于數(shù)據(jù)的深挖掘深入淺出,可對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行多種條件分析,并可在權(quán)限范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)共享。充分體現(xiàn)出數(shù)據(jù)庫(kù)的巨大優(yōu)勢(shì)。
6.完整設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)
軟件中可錄入每個(gè)站點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)所用設(shè)備、管徑等,以及現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)系人的名字和電話,使用起來更方便。
7.兼容不同通信協(xié)議
系統(tǒng)中可有不同廠家的儀表;并可根據(jù)用戶要求增加特定的通信協(xié)議。
8.實(shí)時(shí)在線功能
系統(tǒng)對(duì)所有監(jiān)測(cè)子站能夠進(jìn)行群收群發(fā);根據(jù)系統(tǒng)要求,對(duì)各采集子站設(shè)定不同的采集間隔(可以任意設(shè)置)。
9.系統(tǒng)安全設(shè)置
系統(tǒng)設(shè)置多級(jí)權(quán)限,不同權(quán)限的功能有所不同。系統(tǒng)管理員可以使用所有的功能,而對(duì)于一般用戶來說,數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù),系統(tǒng)維護(hù)等一些涉及系統(tǒng)內(nèi)部安全的設(shè)置功能限制使用。
10.時(shí)間同步
中心監(jiān)測(cè)軟件對(duì)整個(gè)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)控制器可進(jìn)行時(shí)間同步化處理,保證用戶分站主動(dòng)上發(fā)時(shí)刻和管網(wǎng)主站時(shí)間的整體一致性。
11.網(wǎng)絡(luò)發(fā)布功能
采集中心服務(wù)器運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)版的采集軟件,可以通過局域網(wǎng)把各個(gè)采集終端的數(shù)據(jù)共享給有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和部門;局域網(wǎng)內(nèi)的授權(quán)用戶可以查看、調(diào)閱數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)容,實(shí)現(xiàn)辦公自動(dòng)化。
五、通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)
(一)GPRS 通信系統(tǒng)
GPRS是通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)(General Packet Radio Service)的英文簡(jiǎn)稱,是在現(xiàn)有GSM系統(tǒng)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(wú)線調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)、同樣的頻帶、同樣的突發(fā)結(jié)構(gòu)、同樣的跳頻規(guī)則以及同樣的TDMA幀結(jié)構(gòu),這種新的分組數(shù)據(jù)信道與當(dāng)前的電路交換的話音業(yè)務(wù)信道極其相似。因此,現(xiàn)有的基站子系統(tǒng)(BSS)從一開始就可提供全面的GPRS覆蓋。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(wú)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。GPRS 理論帶寬可達(dá)171.2Kb/s,實(shí)際應(yīng)用帶寬大約在20 Kb/s~70Kb/s,在此信道上提供TCP/IP 連接,可以用于INTERNET 連接、數(shù)據(jù)傳輸?shù)葢?yīng)用。
GPRS 是一種新的移動(dòng)數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù),在移動(dòng)用戶和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間提供一種連接,給移動(dòng)用戶提供高速無(wú)線IP。GPRS 采用分組交換技術(shù),每個(gè)用戶可同時(shí)占用多個(gè)無(wú)線信道,同一無(wú)線信道又可以由多個(gè)用戶共享,資源被有效的利用。使用GPRS技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分組發(fā)送和接收,用戶永遠(yuǎn)在線且按流量計(jì)費(fèi),迅速降低了服務(wù)成本。
(二)設(shè)備選型
1.GPRS通信設(shè)備選用河北久信電子科技有限公司生產(chǎn)的anylink系列產(chǎn)品JX-5000GPRS終端。
anylink系列的JX-5000 GPRS數(shù)據(jù)終端主要技術(shù)指標(biāo):
2.?dāng)?shù)據(jù)采集設(shè)備設(shè)備選用河北久信電子科技有限公司生產(chǎn)的遠(yuǎn)程I/O產(chǎn)品。
ZT-1功能特點(diǎn):
8路開關(guān)量輸出,可以作為遙控、跳閘或者告警。
8路開關(guān)量輸入,也可以作為脈沖量輸入。
8路直流模擬量輸入,可以接各種變送器。
2路直流模擬量輸出,可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)。
可自由組態(tài),掉電參數(shù)不丟失。
內(nèi)置專用時(shí)鐘芯片,日歷時(shí)鐘走時(shí)準(zhǔn)確。
1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)485通信口,1個(gè)232接口,支持MODBUS或其他規(guī)約,擴(kuò)展更加容易。
貼片安裝,無(wú)外部總線,可靠性高,抗干擾能力強(qiáng)。
卡式導(dǎo)軌或螺絲固定,現(xiàn)場(chǎng)安裝更加方便。
1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)485通信口,1個(gè)232接口,支持MODBUS或其他規(guī)約,擴(kuò)展更加容易。
貼片安裝,無(wú)外部總線,可靠性高,抗干擾能力強(qiáng)。
卡式導(dǎo)軌或螺絲固定,現(xiàn)場(chǎng)安裝更加方便。
六、應(yīng)用總結(jié)
通信系統(tǒng)改造后經(jīng)過半年的實(shí)際運(yùn)行比較,我們可以發(fā)現(xiàn):
1.維護(hù)量不同。使用數(shù)傳電臺(tái)不僅在技術(shù)指標(biāo)上不能滿足企業(yè)的需要,而且有很大的維護(hù)量,使企業(yè)在生產(chǎn)過程中會(huì)背上較大的維護(hù)費(fèi)用的包袱,管理成本明顯很高。而使用GPRS公用網(wǎng)絡(luò),就不存在這個(gè)問題,通信的鏈路有當(dāng)?shù)氐闹袊?guó)移動(dòng)公司負(fù)責(zé),減去了企業(yè)維護(hù)通信的負(fù)擔(dān),減少很大的開支。
2.通信費(fèi)用是企業(yè)比較關(guān)心的問題。使用中國(guó)移動(dòng)公司的GPRS網(wǎng)絡(luò),其通信費(fèi)用較低,一般每個(gè)子站的通信費(fèi)用可以控制約為25元,比起數(shù)傳電臺(tái)的頻率占用費(fèi)用要低很多。
3.傳輸?shù)姆€(wěn)定性要比數(shù)傳電臺(tái)好。GPRS公用網(wǎng)絡(luò)基站星羅棋布,傳輸性能不受建筑物、地形、刮風(fēng)下雨等因素的限制,這樣能夠保證整個(gè)系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行,保證企業(yè)在生產(chǎn)過程中的效益,通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),杜絕了偷漏跑冒現(xiàn)象等不良現(xiàn)象,保證了企業(yè)的利益。
4.由于燃?xì)夤芫W(wǎng)是防爆安全等級(jí)很高的管網(wǎng),由于GPRS天線隱蔽以及設(shè)備本身發(fā)射功率低,在加上控制電路的防雷措施,避免了雷擊現(xiàn)象。
計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)處理等技術(shù)并非一成不變,它們都在不斷發(fā)展,只有把新的技術(shù)應(yīng)用到生產(chǎn)中才能真正地轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。