天然氣門站數(shù)據(jù)采集、傳輸及應用系統(tǒng)

田鵬飛

（山西省自動化研究所，山西太原 030012）

隨著中國長期高速的經(jīng)濟增長對能源的需求，老百姓對生活的質(zhì)量和生態(tài)環(huán)境的要求也日益提升。據(jù)《中國天然氣工業(yè)發(fā)展趨勢和天然氣地學理論重要進展》中介紹，西氣東輸、川氣東送以及引進俄羅斯天然氣等世紀工程顯示了天然氣這一具有優(yōu)質(zhì)、潔凈和環(huán)保等特點的重要能源，正受到我國政府前所未有的高度重視［1］。中國燃氣在西氣東輸和川氣東送沿線的十幾個省份先后成立了四十六家擁有天然氣專營權的合資公司，投資超過50個天然氣管網(wǎng)項目，而這一數(shù)字將隨中國燃氣市場的迅猛擴張而不斷遞增。

隨著人民生活水平的提高及環(huán)保意識的增強，大部分城市對天然氣的需求明顯增加。天然氣作為民用燃料的經(jīng)濟效益也大于工業(yè)燃料。天燃氣發(fā)電具有緩解能源緊缺、降低燃煤發(fā)電比例，減少環(huán)境污染的有效途徑，且從經(jīng)濟效益看，天然氣發(fā)電的單位裝機容量所需投資少，建設工期短，上網(wǎng)電價較低，具有較強的競爭力。

2009年8月溫家寶總理在視察中科院無錫物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)研究所時，對于物聯(lián)網(wǎng)應用也提出了一些看法和要求。目前，美國、歐盟等都在投入巨資深入研究探索物聯(lián)網(wǎng)。我國也正在高度關注、重視物聯(lián)網(wǎng)的研究，工業(yè)和信息化部會同有關部門，在新一代信息技術方面正在開展研究，以形成支持新一代信息技術發(fā)展的政策措施。

1 系統(tǒng)介紹

本系統(tǒng)應用于天然氣門站及終端用戶的數(shù)據(jù)采集，通過工業(yè)無線以太網(wǎng)傳輸，進行數(shù)據(jù)處理后應用于營收管理系統(tǒng)，并接入互聯(lián)網(wǎng)?，F(xiàn)場儀表采用有遠傳功能的儀表，用s7300plc做為下位機采集并處理數(shù)據(jù)，上位機采用Wincc作為人機界面的開發(fā)平臺，編制滿足客戶需求的人機界面。終端客戶的流量表數(shù)據(jù)也通過小型plc采集，然后用無線工業(yè)以太網(wǎng)傳輸。最終通過互聯(lián)網(wǎng)共享數(shù)據(jù)，在營收管理軟件中使用，軟件可以在線升級。

根據(jù)《基于交換式以太網(wǎng)的嵌入式控制系統(tǒng)》，本系統(tǒng)是一種建立在互聯(lián)網(wǎng)上的泛在網(wǎng)絡。其重要基礎和核心仍舊是互聯(lián)網(wǎng)，通過各種有線和無線網(wǎng)絡與互聯(lián)網(wǎng)融合，將產(chǎn)品的信息實時準確地傳遞出去。在系統(tǒng)上的傳感器定時采集的信息需要通過網(wǎng)絡傳輸，由于其數(shù)量極其龐大，形成了海量信息，在傳輸過程中，為了保障數(shù)據(jù)的正確性和及時性，必須適應各種異構網(wǎng)絡和協(xié)議。它不僅僅提供了傳感器的連接，其本身也具有智能處理的能力，能夠?qū)ιa(chǎn)實施智能控制。本系統(tǒng)將傳感器和智能處理相結(jié)合，利用plc、軟件編程等各種智能技術，擴充其應用領域。從傳感器獲得的海量信息中分析、加工和處理出有意義的數(shù)據(jù)，以適應不同用戶的不同需求，發(fā)現(xiàn)新的應用領域和應用模式。

從技術架構上來看，物聯(lián)網(wǎng)可分為三層:感知層、網(wǎng)絡層和應用層。

感知層由各種傳感器以及傳感器網(wǎng)關構成，包括天然氣濃度傳感器、溫度傳感器、RFID標簽和讀寫器、攝像頭、GPS等感知終端。感知層的作用相當于人的眼耳鼻喉和皮膚等神經(jīng)末梢，它是本系統(tǒng)獲識別物體，采集信息的來源，其主要功能是識別物體，采集信息。

網(wǎng)絡層由各種私有網(wǎng)絡、互聯(lián)網(wǎng)、有線和無線通信網(wǎng)、網(wǎng)絡管理系統(tǒng)和云計算平臺等組成，相當于人的神經(jīng)中樞和大腦，負責傳遞和處理感知層獲取的信息。

應用層是物聯(lián)網(wǎng)和用戶（包括人、組織和其他系統(tǒng)）的接口，它與行業(yè)需求結(jié)合，實現(xiàn)本系統(tǒng)的智能應用。

2 網(wǎng)絡傳輸與信息處理

SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系統(tǒng)，即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)。最初，SCADA系統(tǒng)是以計算機為基礎的DCS與電力自動化監(jiān)控系統(tǒng);隨著應用領域拓寬，SCADA系統(tǒng)演變?yōu)橐杂嬎銠C為基礎的生產(chǎn)過程控制與調(diào)度自動化系統(tǒng)。

它可以對現(xiàn)場的運行設備進行監(jiān)視和控制，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設備控制、測量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號報警等各項功能。

目前應用于電力、冶金、石油、化工等領域的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制以及過程控制等諸多領域。

本系統(tǒng)分為兩個部分:第一部分是將天然氣門站的生產(chǎn)數(shù)據(jù)（進口壓力、進口溫度、1路瞬時流量、1路累計流量、2路瞬時流量、2路累計流量、1路調(diào)壓出口壓力、2路調(diào)壓出口壓力、出口壓力、出口溫度等）傳到公司辦公樓;第二部分是將幾個主要工業(yè)用戶的流量數(shù)據(jù)傳回公司辦公樓。

第一部分:現(xiàn)場的各類數(shù)據(jù)通過就地儀表采集通過PLC傳輸?shù)轿挥谥锌厥夜た貦C，工控機采用西門子WinCC組態(tài)軟件。為了使公司管理層、技術主管、生產(chǎn)主管及時了解現(xiàn)場運行狀況，現(xiàn)將門站工控機的顯示數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡的形式傳輸?shù)焦巨k公樓。

圖1 系統(tǒng)圖

第二部分:將散布在周邊各主要工業(yè)用戶的流量數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡傳輸?shù)睫k公樓，即實現(xiàn)遠程抄表，并保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性、可靠性和及時性。

流量表配有RS-485接口信號，可將其輸出信號采集到小型PLC，PLC對數(shù)據(jù)進行處理，然后通過無線電臺傳輸?shù)焦巨k公樓。如圖二:

圖2 中心站組成圖

3 結(jié)束語

隨著中國天然氣行業(yè)的崛起，中國天然氣行業(yè)已經(jīng)行駛在快車道上，與之配套的門站控制系統(tǒng)有了突飛猛進的發(fā)展。國內(nèi)天然氣公司都已經(jīng)進行了許多具有前瞻性的工作。在搞好門站本身控制系統(tǒng)的可靠基礎上，隨著無線工業(yè)網(wǎng)技術的逐漸成熟，和其他配套保障措施的順利實施，在我國信息采集、傳輸?shù)膽每隙〞絹碓蕉?，越來越成熟?/p>

系統(tǒng)建成后，工作人員可根據(jù)系統(tǒng)提供的信息全面、實時掌握系統(tǒng)運行參數(shù)和工況，最好地解決供需矛盾，以滿足工業(yè)及民用的需要。

燃氣是易燃易爆氣體，要求生產(chǎn)、輸配絕對安全，本系統(tǒng)提高了調(diào)度人員發(fā)現(xiàn)事故和分析事故的預見性，一旦出現(xiàn)異常，可以及時采取有效措施，防止事故的發(fā)生和蔓延，從而保障了國家與人民財產(chǎn)的安全，具有顯著的安全效益。同時，系統(tǒng)建成后，可以根據(jù)運行工況及各環(huán)節(jié)的運行數(shù)據(jù)等有關信息，進行綜合分析、優(yōu)化調(diào)度，編制合理、經(jīng)濟的供氣方案，節(jié)約了氣源，人力、物力，減少了對環(huán)境的污染。

［1］戴金星，秦勝飛，陶士振，等.中國天然氣工業(yè)發(fā)展趨勢和天然氣地學理論重要進展［J］.天然氣地球科學，2009，16（2）:127-142.

［2］宋朝青.利用分布式組件對象模型構建SCADA系統(tǒng)網(wǎng)絡模型［J］.電力系統(tǒng)自動化，2010（9）:63.

［3］馮冬芹，金建祥，褚健;工業(yè)以太網(wǎng)關鍵技術初探［J］.信息與控制，2010（3）:78.

［4］張廣輝，徐江華，邵惠鶴.基于交換式以太網(wǎng)的嵌入式控制系統(tǒng)［J］.自動化儀表，2011（6）:95.