遠程監(jiān)測系統(tǒng)在管輸原油計量中的應用

張寶良 劉勝軍

(中石化股份天津分公司計量中心，天津 300270)

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遠程監(jiān)測系統(tǒng)在管輸原油計量中的應用

張寶良 劉勝軍

(中石化股份天津分公司計量中心，天津 300270)

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，原油準確計量對公司生產(chǎn)起關鍵性作用。為此，一項重要而有效的措施就是加強原油進廠計量儀表實時運行狀態(tài)的監(jiān)測，尤其是各個環(huán)節(jié)的自動采集與監(jiān)測。在原油遠程監(jiān)測系統(tǒng)中，由于監(jiān)控點具有分布范圍廣、距離遠、環(huán)境惡劣等特點，所以選擇有線通信顯然不切合實際。與之相比，利用GPRS無線通訊技術則顯得非常靈活，本文闡述了遠程監(jiān)測系統(tǒng)組成、軟件編制及取得的相應效果。

遠程監(jiān)測；GPRS；計量儀表；通訊協(xié)議；信息化

0 引言

渤西管輸原油是天津石化進廠原油的重要組成部分，對其準確的計量監(jiān)督將直接影響到天津石化的經(jīng)濟效益。在過去的2年中，曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)由于流量計故障導致的計量糾紛。因此對于該流量計的實時在線監(jiān)測顯得尤為必要。原油現(xiàn)場計量儀表工作點較為分散，怎樣把現(xiàn)場儀表運行的相關數(shù)據(jù)傳送到中心控制室一直是個難題。以前一直采用人工定期現(xiàn)場抄表的形式進行監(jiān)督，但實際使用過程中，距離較遠，高成本的投入和頻繁的維護讓現(xiàn)場人員不堪重負。引入了GPRS遠程監(jiān)測系統(tǒng)之后，通過安裝在現(xiàn)場儀表旁的GPRS遠程傳輸控制箱，管理人員可以及時了解各個儀表的工作流量、溫度、密度等數(shù)據(jù)，從而確保了原油進廠計量的準確。

計量中心依托GPRS/GSM網(wǎng)絡，實現(xiàn)了抄表自動化、精確化?？刂浦行膶ΜF(xiàn)場流量計的運行狀態(tài)可以通過網(wǎng)絡進行實時監(jiān)控，每個控制點儀表將運行參數(shù)通過GPRS-Internet網(wǎng)絡及時傳送到控制中心，這樣就可以自動、高效、及時地掌握進廠原油情況，實行科學的計量和管理。這套系統(tǒng)克服了以前人工抄表準確率低、費時費力、缺少集中有效地管理的弊端，解決了生產(chǎn)的后顧之憂。

1 遠程監(jiān)測系統(tǒng)總體架構

圖1 系統(tǒng)架構

遠程監(jiān)測系統(tǒng)總體架構如圖1所示?，F(xiàn)場計量儀表通過RS485接口與GPRS透明數(shù)據(jù)傳輸終端相連。通過GPRS透明數(shù)據(jù)傳輸終端內(nèi)置嵌入式處理器對數(shù)據(jù)進行處理、協(xié)議封裝后發(fā)送到GSM網(wǎng)絡，通過 GPRS網(wǎng)絡傳送至數(shù)據(jù)中心遠程監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)現(xiàn)場儀表數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的實時在線連接。數(shù)據(jù)中心服務器可通過申請配置固定IP地址、域名解析的方式通過Internet互聯(lián)網(wǎng)與GPRS網(wǎng)絡相連。數(shù)據(jù)中心服務器接收到GPRS網(wǎng)絡傳來的數(shù)據(jù)后通過系統(tǒng)軟件對數(shù)據(jù)進行還原顯示，并進行相應的存儲、顯示報警等數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)中心服務器主機還可進行業(yè)務管理，對現(xiàn)場儀表重要運行參數(shù)進行實時監(jiān)控等，可對異常情況進行報告等功能。

2 系統(tǒng)組成

遠程監(jiān)測系統(tǒng)主要由現(xiàn)場監(jiān)控模塊、通信系統(tǒng)和監(jiān)控中心組成。現(xiàn)場監(jiān)控模塊一般包含傳感器、控制器和微處理器，位于遠離監(jiān)控中心的各監(jiān)控點，負責完成信息的采集和響應監(jiān)控中心發(fā)出的控制命令。通信系統(tǒng)負責傳輸監(jiān)測數(shù)據(jù)和命令，由于通信方式的不同，通信系統(tǒng)的組成也有很大差異。監(jiān)控中心是整個系統(tǒng)運作的核心，負責收集各監(jiān)控模塊上傳的監(jiān)控信息，發(fā)送各種操作命令以控制監(jiān)控模塊的行為。監(jiān)控中心一般由專門的圖形化監(jiān)控軟件，將各監(jiān)控點的狀態(tài)形象地顯示出來，同時對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行處理，為決策提供重要參考。遠程監(jiān)測系統(tǒng)的通信方式分為有線和無線兩種，其中有線方式適用于位置固定、傳輸距離較近的場合；無線方式適用于流動性大、距離較遠的場合。

2.1 系統(tǒng)硬件組成

在原油遠程監(jiān)控計量管理系統(tǒng)中的終端監(jiān)控設備——遠程終端單元(RTU)是實現(xiàn)現(xiàn)場計量儀表實時監(jiān)控的核心部件，其主要功能如下：實時檢測RTU、定時監(jiān)測儀表流量、溫度、密度等參數(shù)狀態(tài)，將信息存儲到本地，當系統(tǒng)輪巡檢測至本監(jiān)控點時，直接上報最新的狀態(tài)數(shù)據(jù)。在系統(tǒng)沒有對本監(jiān)控點檢測時，RTU不向系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)，這種機制可以保證在監(jiān)控點數(shù)量很多時，減少監(jiān)控中心系統(tǒng)的工作量。

GPRS無線傳輸：RTU將現(xiàn)場信號通過GPRS傳送到監(jiān)控中心，同時通過GPRS接收來自監(jiān)控中心的各種數(shù)據(jù)和命令，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的轉換，無線的收發(fā)和部分安全策略，同時具有通訊網(wǎng)絡重連機制，保證和監(jiān)控中心無線通訊的可靠性。該信息系統(tǒng)建設的目的是利用現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)源頭自動采集，借助GPRS網(wǎng)絡資源自動加載到廠級實時數(shù)據(jù)庫，為各級管理部門提供開放的數(shù)據(jù)平臺，使生產(chǎn)和管理人員及時控制和掌握生產(chǎn)動態(tài)，從而實現(xiàn)整個生產(chǎn)過程的自動化。原油遠程監(jiān)測系統(tǒng)主要是通過遠程終端設備(RTU)對計量儀表參數(shù)的實時檢測，采用輪詢-應答的通信方式，將檢測到的計量表狀態(tài)，通過無線方式傳送給數(shù)據(jù)庫服務器，并以服務器/客戶端模式，使生產(chǎn)管理的各個部門能夠及時掌握計量儀表工作狀態(tài)，縮短儀表故障處理時間，提高工作效率。硬件終端配置如表1所示。

2.2 通訊平臺

通訊平臺如圖2所示。公網(wǎng)專線系統(tǒng)通信網(wǎng)絡采用中國移動公司GPRS網(wǎng)絡和Internet公網(wǎng)。要求監(jiān)測中心具備寬帶(類型：光纖、ADSL等)，并具有一個Internet網(wǎng)絡上的固定IP。監(jiān)測點無線終端中GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸器內(nèi)配置一張開通GPRS功能的SIM卡。

表1 硬件終端配置

圖2 通訊平臺

無線終端通過其內(nèi)部的GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸器與監(jiān)測中心服務器組成一個通信網(wǎng)絡，實現(xiàn)系統(tǒng)的遠程數(shù)據(jù)傳輸。公網(wǎng)專線組網(wǎng)適用于監(jiān)測點數(shù)量多、數(shù)據(jù)傳輸頻率高、實時性要求強的系統(tǒng)。

終端GPRS流量統(tǒng)計如表2所示。月運行費用 = 監(jiān)測中心寬帶月租 + 固定IP月租 + 單個測點數(shù)據(jù)卡月租×測點數(shù)量。

表2 終端GPRS流量統(tǒng)計

2.3 系統(tǒng)軟件組成

遠程監(jiān)測系統(tǒng)軟件具有定時招測、點招、數(shù)據(jù)庫自動備份、用戶數(shù)據(jù)查詢、用戶數(shù)據(jù)修改、、現(xiàn)場儀表站的SIM卡號配置等功能。采用先進的透明傳輸模式，可將無線采集的數(shù)據(jù)與現(xiàn)有數(shù)采網(wǎng)絡連接，相關人員通過公司實時數(shù)據(jù)庫即可了解現(xiàn)場情況。

2.3.1 自動發(fā)送接收數(shù)據(jù)

圖3 數(shù)據(jù)發(fā)送接收流程圖

現(xiàn)場計量儀表通過串口與一個GPRS模塊的設備相連接,通過GPRS網(wǎng)絡向中心服務器發(fā)送儀表計量數(shù)據(jù).自動接收數(shù)據(jù),就是在沒有人工干預的情況下,主站設備一直處于循環(huán)地監(jiān)測PC機串口數(shù)據(jù)信息的狀態(tài),如果有數(shù)據(jù)到達,則根據(jù)不同的數(shù)據(jù)信息采取不同的操作:如果數(shù)據(jù)在正常范圍內(nèi),則把數(shù)據(jù)直接入庫,供分析使用;如果數(shù)據(jù)超出正常范圍,則直接報警,并把報警信息以短信息的方式轉發(fā)給有關負責人,以便讓負責人及時發(fā)現(xiàn)儀表故障,予以排除。數(shù)據(jù)發(fā)送接收流程圖如圖3所示。

2.3.2 通訊協(xié)議

遵循MODBUS RTU 通訊協(xié)議的流量計算機讀N個字節(jié)，報文格式說明:

命令3:讀N個字節(jié)

主機請求: 地址 命令 數(shù)據(jù)地址 數(shù)據(jù)長度 校驗碼

從機響應: 地址 命令 數(shù)據(jù)長度 數(shù)據(jù)信息 校驗碼

根據(jù)通訊地址表及命令3選擇正確通訊參數(shù),讀取地址為1的流量儀表的累積量數(shù)據(jù)為:

主機請求: 01H 03H 07H A9H 00H 02H 15H 5FH

從機響應: 01H 03H 04H 53H FAH 90H 41H A7H 26H

2.3.3 程序編寫

通常我們以下面的步驟來使用Visual Basic 的MSComm控件作通訊控制:

加入通訊對象,也就是MSComm對象；

設置通訊端口號碼,即CommPort屬性；

設置通訊協(xié)議,即HandShaking屬性；

設置傳輸速度等參數(shù),即Setting屬性；

打開通訊端口,即PortOpen屬性設成True；

使用完MSComm通訊對象后將通訊端口關閉,即PortOpen屬性設成False。

2.3.4 程序功能

1)管網(wǎng)點招監(jiān)測

當系統(tǒng)運行到主界面后，用戶管網(wǎng)監(jiān)測界面自動裝載，操作員可通過水平、豎直滾動條或直接按住鼠標左鍵來拖動地圖，找到用戶名并點擊，可彈出招測對話框，單擊招測按鈕，可以查詢到用戶當前的使用信息：溫度、壓力、瞬時流量、累積流量、掉電時間等。

2)表定時招測

軟件定時自動采集各個用戶的信息，并自動保存到數(shù)據(jù)庫中。所有用戶的采集信息將顯示在用戶數(shù)據(jù)列表中。

3)歷史數(shù)據(jù)查詢

本軟件可方便地對所有用戶或單個儀表進行歷史數(shù)據(jù)查詢。

4)用戶資料管理

可設置各個用戶的用戶名稱、設備地址、現(xiàn)場儀表站的SIM卡號等。

3 結論

渤西原油計量遠程監(jiān)測系統(tǒng)可以對遠程現(xiàn)場的運行設備進行實時監(jiān)視，以實現(xiàn)管道流量關鍵參數(shù)的數(shù)據(jù)傳送，降低了故障率，提高了對系統(tǒng)的反應時間，便于及時迅速地了解遠端管道計量儀表運行狀態(tài)，降低故障率和檢修的時間。各監(jiān)測點的數(shù)據(jù)采集終端可自動采集管道流量、密度、累計量等實時數(shù)據(jù)，信息傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，監(jiān)控中心通過對傳輸回的數(shù)據(jù)進行分析，可找到出故障的地點，從而當一個遠端出現(xiàn)故障時，能在最短的時間內(nèi)解決問題，提高了整體的計量準確度，從而實現(xiàn)了原油遠程監(jiān)測的信息化、現(xiàn)代化。

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10.3969/j.issn.1000-0771.2015.06.22