基于GPRS DTU遠程通訊技術(shù)在油氣集輸管線上的應(yīng)用

趙思淵，何 戡，宗學軍

(沈陽化工大學 信息工程學院，遼寧 沈陽 110142)

隨著科技的發(fā)展，無線通訊技術(shù)日趨成熟，無線通訊技術(shù)受到各個企業(yè)的關(guān)注.GPRS DTU是無線遠程通訊的一項比較成熟的技術(shù)，被廣泛地應(yīng)用于油氣行業(yè)中數(shù)據(jù)的遠程通訊[1].GPRS DTU可以進行遠距離數(shù)據(jù)傳輸，對作業(yè)點分散、惡劣的工廠環(huán)境有很好的效果，大大節(jié)省了人力、物力和時間，能夠?qū)?shù)據(jù)進行實時監(jiān)控，如果發(fā)現(xiàn)問題可以及時地排除隱患，保障用戶設(shè)備和人員的安全.因此本文研究的GPRS DTU可以滿足現(xiàn)在企業(yè)的生產(chǎn)需求.

1 幾種無線通訊技術(shù)的比較

表1為幾種無線通訊技術(shù)的比較結(jié)果，通過表1的比較可以看出：

(1)使用無線電臺傳輸數(shù)據(jù)，可靠性太差，成本高，不易使用.

(2)使用光纖傳輸數(shù)據(jù)，對于偏遠地區(qū)布線困難，且價格昂貴，不易使用.

(3)Zigbee主要用于智能家居，傳輸距離有限，在遠程通訊技術(shù)中不易使用.

(4)使用GPRS傳輸方式，數(shù)據(jù)的可靠性、實時性、成本和運行情況相對其他傳輸方式優(yōu)勢比較明顯.

因此，GPRS傳輸技術(shù)的利用比較普遍.

表1 幾種無線通訊技術(shù)的比較

2 無線遠程通訊系統(tǒng)的構(gòu)成

無線遠程通訊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示.該系統(tǒng)主要包括3個功能層：設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)層、監(jiān)控層.

圖1 無線遠程通訊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

設(shè)備層主要由分散各地的遠程數(shù)據(jù)終端組成，主要實現(xiàn)對現(xiàn)場中儀表數(shù)據(jù)進行實時采集并遠傳到數(shù)據(jù)中心[2].

網(wǎng)絡(luò)層主要由GPRS網(wǎng)、Internet網(wǎng)組成.設(shè)備層采集到的數(shù)據(jù)由GPRS網(wǎng)絡(luò)通過網(wǎng)關(guān)訪問Internet網(wǎng)絡(luò)遠傳到數(shù)據(jù)中心.

監(jiān)控層主要是對遠程數(shù)據(jù)終端采集到的信息進行解析、管理、監(jiān)控以隨時隨地對遠距離的數(shù)據(jù)進行管理與監(jiān)控，為保證系統(tǒng)的信息安全與穩(wěn)定性，采用防火墻、身份認證等措施.

2.1 無線遠程通訊系統(tǒng)的應(yīng)用實例

以某油氣企業(yè)為例，保證安全生產(chǎn)前提下，根據(jù)系統(tǒng)的構(gòu)成設(shè)計出如圖2所示的遠程通訊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[3].

圖2 無線遠程通訊系統(tǒng)的實例結(jié)構(gòu)

2.2 遠程數(shù)據(jù)終端

2.2.1 硬件組成

出于對油氣企業(yè)安全性考慮，此系統(tǒng)需要防爆箱，防止出現(xiàn)火災(zāi)或雷擊造成巨大的財產(chǎn)損失.防爆箱由安全柵、模擬量采集器、浪涌保護器、移動卡與核心部件DTU組成.

2.2.2 參數(shù)配置

(1)現(xiàn)場需要遠傳的儀表多具備RS485通訊接口，GPRS DTU可以通過RS485通訊方式與儀表通訊(如果儀表不具備RS485通訊接口，可以使用4～20 mA到RS485的轉(zhuǎn)換器)，DTU與儀表通訊，參數(shù)必須設(shè)置一致，如波特率、奇偶效驗位、數(shù)據(jù)位、停止位和設(shè)備地址.

(2)DTU數(shù)據(jù)中心(軟件)中的獨立IP和端口號等參數(shù)應(yīng)與DTU配置參數(shù)相一致.

2.3 數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)實現(xiàn)

數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器接收DTU的數(shù)據(jù)需要有獨立的IP地址，并開放相應(yīng)的端口號，這與2.2.2參數(shù)配置中的第(2)點一致，每個DTU都有一個唯一的設(shè)備ID號，區(qū)分不同站點的終端設(shè)備[4].

DTU數(shù)據(jù)中心(軟件)安裝在數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器上，設(shè)置與DTU相一致的IP與端口號，并將采集的數(shù)據(jù)分配給不同的虛擬com口，如com1；通過虛擬串口軟件實現(xiàn)一對串口綁定，如com1與com2綁定；最后利用KepServer通過綁定虛擬串口中的com2進行數(shù)據(jù)通訊，KepServer將得到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為opc服務(wù)，供WinCC使用[5].具體實現(xiàn)過程如圖3所示.

圖3 數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)過程

3 數(shù)據(jù)的解析

數(shù)據(jù)解析的目的是將儀表中的數(shù)據(jù)通過規(guī)定的解析方法，轉(zhuǎn)化為熟悉的十進制數(shù)據(jù).儀表寄存器的數(shù)據(jù)格式一種是符合IEEE標準協(xié)議，另一種是由廠家自定義的協(xié)議.

第1種可以選擇寄存器的順序便能解析，一般的組態(tài)軟件都可設(shè)置，本文用KepServer在第2、3行勾選不同的選項，選擇寄存器的排列方式.具體操作如圖4所示.

圖4 KepServer操作界面

第2種必須知道廠家的解析協(xié)議.本文以WinCC的VB腳本作為解析工具，寄存器中的值分別為0000 0009 A754 6498，將它們轉(zhuǎn)化為10進制再進行解析.double解析規(guī)則為：將數(shù)據(jù)中的整數(shù)部分和小數(shù)部分分開計算，前6個字節(jié)為整數(shù)部分，后2個字節(jié)為小數(shù)部分.具體方法為：0000的十進制數(shù)0乘以65 536×65 536+0009的十進制數(shù)9乘以65 536+A754的十進制數(shù)42 836+6498的十進制25 752除以65 536，換算成數(shù)學公式為：0×65 536×65 536+9×65 536+42 836+25 752/65 536=632 660.392 9.

VB腳本內(nèi)容:

Function set4word(d1,d2,d3,d4)

Dim objTag

Dim data1,data2,data3,data4

Set objTag=HMIRuntime.Tags(d1)

data1=objTag.Read()

data1=data1*65 536*65 536

Set objTag=HMIRuntime.Tags(d2)

data2=objTag.Read()

data2=data2*65 536

Set objTag=HMIRuntime.Tags(d3)

data3=objTag.Read()

Set objTag=HMIRuntime.Tags(d4)

data4=objTag.Read()

data4=data4/65 536

set4word=data1+data2+data3+data4

End Function

該解析程序為使用WinCC軟件中的VB腳本功能，HMIRuntime為WinCC內(nèi)部項目關(guān)聯(lián)的對象，利用objTag.Read()函數(shù)依次讀取到儀表中4個寄存器的值，寄存器的值用data表示，最后利用上面公式算出的set4word為解析的結(jié)果.

4 方案測試結(jié)果

測試實驗為30個遠程終端與1臺數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器構(gòu)成，KepServer軟件設(shè)置的掃描周期為1 500 ms，在30個遠程終端同時使用情況下，數(shù)據(jù)流通暢無阻塞，滿足企業(yè)遠傳要求，證明本方案的有效性.

5 結(jié)束語

制定了一種基于GPRS DTU的數(shù)據(jù)遠傳信息系統(tǒng)的實施方案，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)，成功地將油氣集輸管線上的數(shù)據(jù)遠傳到數(shù)據(jù)中心.應(yīng)用表明無線遠程通訊技術(shù)相比于有線傳輸，不僅能節(jié)省財力物力還能提高傳輸效率，具備了信息化、智能化、成本低和穩(wěn)定性好等優(yōu)點.但在實際應(yīng)用中由于網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定的原因偶爾造成掉線現(xiàn)象，出現(xiàn)數(shù)據(jù)延時與丟失等情況，當網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定時，卻又可以很快恢復(fù)在線狀態(tài).因此目前油氣行業(yè)沒有對數(shù)據(jù)的實時性有太多的要求，對于數(shù)據(jù)的實時性這個問題是今后研究的重點.