基于VPN無線網(wǎng)絡(luò)的煤層氣遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)

曹斌 汪嫚

摘要：為適應(yīng)煤層氣采集設(shè)備的多樣性，滿足現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控平臺(tái)的需要，提出一種利用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備DLK-R230工業(yè)GPRS路由器VPN功能來實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控顯示單元遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制的系統(tǒng)。分析了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要方法及關(guān)鍵技術(shù)。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，該系統(tǒng)不僅可減免人員在現(xiàn)場(chǎng)的安裝調(diào)試工作而且為實(shí)現(xiàn)工況參數(shù)多變的煤層氣井?dāng)?shù)據(jù)采集遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制提供了一種新的方向。

關(guān)鍵詞：煤層氣；GPRS路由器；VPN

當(dāng)前，煤層氣遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一般采用的安裝方式是監(jiān)控軟件設(shè)備廠家根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備安裝情況完善自身上位機(jī)軟件，然后在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行軟件調(diào)試及運(yùn)行。但煤層氣井一般處于交通不便的區(qū)域，且現(xiàn)場(chǎng)施工周期不定。因此，如果長(zhǎng)期安排軟件調(diào)試人員在現(xiàn)場(chǎng)造成了一定的資源浪費(fèi)。為了解決這個(gè)問題，本文提出了一種基于VPN無線網(wǎng)絡(luò)的煤層氣遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用VPN搭建煤層氣井現(xiàn)場(chǎng)與企業(yè)服務(wù)器的專有網(wǎng)絡(luò)，利用該網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程上位機(jī)程序的修改、調(diào)試及程序下載。利用本技術(shù)不僅極大的節(jié)省了設(shè)備調(diào)試成本而且縮短了工期。

系統(tǒng)組成及原理

系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示，整個(gè)結(jié)構(gòu)主要由現(xiàn)場(chǎng)采集顯示單元及GPRS路由器組成，本地采集顯示單元采用Linux操作系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)平臺(tái)采用Qt框架開發(fā)完成，其對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及工況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。監(jiān)控設(shè)備與GPRS路由器相連，通過移動(dòng)基站與企業(yè)所在端網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器連接。本系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器采用阿里云服務(wù)器，其具有固定的網(wǎng)絡(luò)IP。企業(yè)開發(fā)人員可通過VPN“專屬網(wǎng)絡(luò)”在本地企業(yè)網(wǎng)上對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

該系統(tǒng)核心的組件包括本地采集顯示單元、GPRS路由器及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，其中本地采集顯示單元負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)并在本地顯示，設(shè)備與GPRS路由器之間采用網(wǎng)線連接，GPRS路由器內(nèi)嵌有TCP/IP協(xié)議棧，通過IPSec VPN技術(shù)建立起與企業(yè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器之間的“專屬網(wǎng)絡(luò)”。實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)與本地企業(yè)之間的及時(shí)互通。

系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

建立私有數(shù)據(jù)傳輸通道的傳統(tǒng)方式可能是要建立專網(wǎng)所需的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)物理鏈路，因此實(shí)現(xiàn)新型的煤層氣遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主要需要解決的是網(wǎng)絡(luò)傳輸問題。利用現(xiàn)有的比較成熟的VPN傳輸技術(shù)很簡(jiǎn)捷地實(shí)現(xiàn)了端對(duì)端的網(wǎng)絡(luò)通訊。現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備通過RJ45接口與GPSR路由器相連，其網(wǎng)絡(luò)處于一個(gè)網(wǎng)段內(nèi)互通。GPRS路由器內(nèi)含SIM接口，插入移動(dòng)流量卡，通過移動(dòng)4G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在公用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商所提供的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上傳輸信息。GPRS路由器能夠進(jìn)行內(nèi)外網(wǎng)設(shè)置，其中內(nèi)網(wǎng)與采集顯示單元組成本地局域網(wǎng)，外網(wǎng)與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器聯(lián)通。實(shí)際工程運(yùn)用中具體網(wǎng)絡(luò)布置圖如下圖2所示：

工程實(shí)踐

本系統(tǒng)運(yùn)用于某儲(chǔ)氣庫項(xiàng)目時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)布置了7臺(tái)監(jiān)控設(shè)備，每臺(tái)設(shè)備連接至獨(dú)立的GPRS 路由器。前期設(shè)備安裝時(shí)對(duì)系統(tǒng)整個(gè)環(huán)境進(jìn)行了部署，后期根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器平臺(tái)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集顯示單元進(jìn)行了監(jiān)控軟件的定制化開發(fā)及重新下裝。實(shí)踐表明，通過VPN網(wǎng)絡(luò)能夠很好的滿足對(duì)遠(yuǎn)程設(shè)備的相關(guān)操作，具有良好的實(shí)時(shí)性、可靠性及穩(wěn)定性，能夠很好的滿足開發(fā)的要求。

結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了基于VPN無線網(wǎng)絡(luò)的煤層氣遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，解決了傳統(tǒng)的軟件運(yùn)營(yíng)需要長(zhǎng)期現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試及現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)的弊端。本系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于，開發(fā)人員只需要運(yùn)用支持VPN通信功能的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備即可輕松完成遠(yuǎn)程專網(wǎng)傳輸。通過現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用驗(yàn)證了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性、可靠性及穩(wěn)定性。該系統(tǒng)具有IPSec VPN技術(shù)成熟、成本低、組網(wǎng)簡(jiǎn)單、使用靈活等優(yōu)點(diǎn)。利用成熟的VPN技術(shù)能夠輕松實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳輸功能。