摘 要:近年來，隨著北京市經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人民群眾對環(huán)境質(zhì)量要求的不斷提高，北京市天然氣發(fā)展呈現(xiàn)出用氣量快速增長，供應(yīng)范圍不斷擴(kuò)大，用氣領(lǐng)域多樣化的特點。這也對我集團(tuán)計量收費、數(shù)據(jù)采集傳輸及數(shù)據(jù)分析方面的工作提出了更高要求。本文針對上述特點，結(jié)合當(dāng)前在計量收費、數(shù)據(jù)采集傳輸及數(shù)據(jù)分析等方面工作中遇到的實際問題，通過對目前國內(nèi)常用遠(yuǎn)程抄表技術(shù)的介紹和“本地自動記錄存儲系統(tǒng)”、“區(qū)域樓宇無線遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)”、“GSM/GPRS公眾無線網(wǎng)遠(yuǎn)程抄表監(jiān)測系統(tǒng)”3種天然氣用戶數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)實際應(yīng)用情況的比較與分析，初步得出當(dāng)前天然氣用戶數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)的選取原則以及未來天然氣用戶數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)的發(fā)展方向。
關(guān) 鍵 詞:天然氣 數(shù)據(jù)采集 遠(yuǎn)程抄表
隨著北京市天然氣用量的快速增長，北京市燃?xì)饧瘓F(tuán)的供氣范圍也隨之不斷擴(kuò)大(覆蓋北京各城區(qū)及大部分郊區(qū)縣)，供應(yīng)領(lǐng)域呈現(xiàn)多樣化(從民用炊事發(fā)展到工業(yè)、采暖、制冷、發(fā)電、燃?xì)馄嚨戎T多領(lǐng)域)，與此同時也在計量收費、數(shù)據(jù)采集傳輸及數(shù)據(jù)分析研究等方面對企業(yè)提出了更高要求。
截止2009年底，北京市燃?xì)饧瘓F(tuán)已擁有各類天然氣用戶382萬戶，管理著各種類型的天然氣計量儀表近390萬塊，其中普通表200萬塊，邏輯加密卡表166萬塊，CPU卡表24萬塊。普通表的大量存在給企業(yè)的日常管理帶來諸多不便，例如:需要人工入戶抄表，統(tǒng)計和計算大量用戶數(shù)據(jù)，無法及時掌握用戶的用氣數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，用戶拖欠費用等等。這直接制約著企業(yè)向自動化、信息化、智能化管理的邁進(jìn)。CPU卡表、邏輯加密卡表的出現(xiàn)和使用雖然在一定程度上解決了計量收費等問題，但對于現(xiàn)代化大型天然氣供應(yīng)企業(yè)來講，需要建立更為先進(jìn)的用戶計量管理、數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)，其不但要能解決對用戶的日常計量與收費，還要能時刻掌握用戶的用氣狀況，并對用戶的用氣情況進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、傳輸與技術(shù)分析，做到足不出戶，只通過電腦網(wǎng)絡(luò)就可實現(xiàn)上述功能，使計量更加精準(zhǔn)、管理更加便捷、運行更加高效，安全更有保障，為廣大天然氣用戶提供現(xiàn)代化的服務(wù)平臺。
遠(yuǎn)程自動抄表系統(tǒng)的出現(xiàn)迎合了企業(yè)和用戶的需求。其融合了當(dāng)今最先進(jìn)的計算機(jī)和通信技術(shù)，不需要人員到達(dá)現(xiàn)場，利用特定的通信方式將用戶處的智能表所記錄的各種數(shù)據(jù)傳送到遠(yuǎn)程控制端的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，并由軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計、分析和計算。目前國內(nèi)用于遠(yuǎn)程抄表的技術(shù)主要有:有線總線通信自動抄表系統(tǒng)、電話線通信自動抄表系統(tǒng)、光纜通信自動抄表系統(tǒng)、電力線載波通信自動抄表系統(tǒng)、無線通信自動抄表系統(tǒng)、衛(wèi)星通信自動抄表系統(tǒng)、有線電視通信自動抄表系統(tǒng)、蜂窩通信自動抄表系統(tǒng)、紅外通信自動抄表系統(tǒng)等多種方式。
2004年初，結(jié)合“城市燃?xì)夤?yīng)規(guī)劃指標(biāo)、用氣規(guī)律及其用氣量預(yù)測的研究”項目的開展，北京市燃?xì)饧瘓F(tuán)通過3種方法在用戶數(shù)據(jù)采集傳輸方面做出了初步的探討與嘗試。該項目將北京市的現(xiàn)有燃?xì)庥脩舴譃榫用瘛⒉膳?、制冷、商業(yè)、工業(yè)、電廠、CNG汽車7類，需要采集各類用戶的小時用氣數(shù)據(jù)，根據(jù)用戶性質(zhì)的不同及所用計量儀表的特點我們分別采取以下3種方法進(jìn)行了燃?xì)庥脩舻臄?shù)據(jù)記錄、存儲、采集與傳輸(見圖l)。
1 本地自動記錄存儲系統(tǒng)
此方法主要應(yīng)用于項目開展初期，是在時問緊任務(wù)重的情況下采取的一種臨時方法。其采用“本地自動記錄存儲器”進(jìn)行用戶數(shù)據(jù)的記錄與存儲，由查表人員定期到用戶現(xiàn)場并通過數(shù)據(jù)線將手抄器與存儲器連接進(jìn)行現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集，在安裝有相應(yīng)軟件的計算機(jī)上進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取和分析。該存儲器主要安裝在民用及部分商業(yè)用戶，通過即插型接口與經(jīng)改造的計量表有線連接并固定在表體上，由自帶鋰電池進(jìn)行供電，按設(shè)定程序進(jìn)行數(shù)據(jù)的自動記錄與存儲。它體積小巧、安裝簡便、存儲量大、操作簡便，在項目開展初期運用此方法進(jìn)行天然氣用戶的數(shù)據(jù)采集與傳輸滿足了項目研究的需要，為項目研究的順利開展提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，但隨著時問的流逝其弊端逐漸顯現(xiàn)，主要表現(xiàn)在以下方面:
(1)未安裝遠(yuǎn)程傳輸設(shè)備，不能實時了解用戶的用氣情況；
(2)工作人員需要定期到用戶現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)，遇到居民家中無人無法進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；
(3)該存儲器為臨時研發(fā)產(chǎn)品，雖經(jīng)實驗室測試，但未經(jīng)實際應(yīng)用檢驗，數(shù)據(jù)采集過程中經(jīng)常出現(xiàn)記錄錯誤、數(shù)據(jù)丟失等現(xiàn)象；
(4)自帶鋰電池不能滿足長期頻繁記錄、存儲、采集數(shù)據(jù)的使用要求，運行一段時間后存儲器電量不足，無法正常工作且更換電池困難；
(5)存儲器直接貼附在表體上，缺少保護(hù)設(shè)計，經(jīng)常遭到用戶人為破壞和拆除，造成存儲器無法正常工作。
為解決上述問題，保證數(shù)據(jù)采集的及時與準(zhǔn)確，我集團(tuán)又嘗試采用了區(qū)域無線數(shù)據(jù)采集傳輸?shù)姆椒▉硖娲鲜鰯?shù)據(jù)采集傳輸方法。并在部分民用戶安裝了“區(qū)域性樓宇無線遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)”。
2 區(qū)域樓宇無線遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)
該系統(tǒng)由無線遠(yuǎn)傳表、數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)集中器、手持集抄設(shè)備、管理巾心組成。無線遠(yuǎn)傳表、采集器、集中器之問以短距微功率無線方式傳遞數(shù)據(jù)。無線遠(yuǎn)傳表將計量的數(shù)據(jù)送至采集器；采集器收集一組無線遠(yuǎn)傳表的數(shù)據(jù)后送至集中器；工作人員定期持手持抄表設(shè)備在集中器安置現(xiàn)場收集無線遠(yuǎn)傳表計量數(shù)據(jù)，然后帶回管理中心對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析(見圖2)。
此系統(tǒng)與本地自動記錄存儲系統(tǒng)相比具有諸多優(yōu)點:
(1)系統(tǒng)各部分之間由采用短距離微功率無線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，無須線纜連接，適合多種場合；
(2)使用頻率為國際通用開放(ISM)頻段，無線模組采用集成單片收發(fā)器，嵌入芯片的Manchester編碼和GFSK調(diào)制以及CRC校驗。特色的工作模式，保證了通信的高抗干擾和低誤碼率；
(3)高度整合設(shè)計的有電子控制單元、射頻單元和基表組成的計量表具，保證了使用的可靠性和計量準(zhǔn)確度；
(4)不用進(jìn)入用戶家中就可完成數(shù)據(jù)的采集工作(見圖3)。
其安裝使用后雖然克服了本地自動記錄存儲系統(tǒng)在設(shè)計、使用上存在的諸多缺陷，但也存在不足之處:
(1)無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸，管理者不能實時讀取用戶數(shù)據(jù)且仍需工作人員定期到現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)；
(2)數(shù)據(jù)采集器和數(shù)據(jù)集中器雖然既可以采用鋰電池供電，也可采用交流電供電，但在數(shù)據(jù)采集傳輸頻繁的情況下，宜采用交流電供電，這給安裝地點的選擇帶來網(wǎng)難。
為實現(xiàn)真正意義上的足不出戶，只通過電腦網(wǎng)絡(luò)就可時刻掌握用戶的用氣狀況，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、傳輸與技術(shù)分析，我集團(tuán)繼續(xù)在此方面進(jìn)行嘗試，在部分用戶上安裝了更為先進(jìn)的“GSM/GPRS公眾無線網(wǎng)遠(yuǎn)程抄表監(jiān)測系統(tǒng)”。
3 GSM/GPRS公眾無線網(wǎng)遠(yuǎn)程抄表監(jiān)測系統(tǒng)
“GSM/GPRS公眾無線網(wǎng)遠(yuǎn)程抄表監(jiān)測系統(tǒng)”由現(xiàn)場儀表(帶有脈沖輸出或R$485通訊接口的渦輪、腰輪工業(yè)表)、GSM/GPRS無線數(shù)據(jù)采集器(見圖4)
及上位機(jī)數(shù)據(jù)庫管理軟件系統(tǒng)組成。主要安裝在采暖、制冷樣本用戶及部分商業(yè)、工業(yè)樣本用戶，其利用GSM無線公網(wǎng)中的數(shù)據(jù)傳輸功能(短消息方式和GPRS無線網(wǎng)絡(luò)方式)來實現(xiàn)對用戶現(xiàn)場燃?xì)饬髁?、壓力等?shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離無線傳輸(見圖5)。管理人員通過計算機(jī)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)采取實時讀取存儲數(shù)據(jù)，定時發(fā)送的方式遙控用戶帶有GSM/GPRS燃?xì)獗頂?shù)據(jù)采集傳輸器的現(xiàn)場計量儀表來實現(xiàn)信息采集與傳輸。通過幾年的使用，該系統(tǒng)運行穩(wěn)定，抄表率較
高，實現(xiàn)了對天然氣用戶數(shù)據(jù)的實時采集與傳輸，在為“城市燃?xì)夤?yīng)規(guī)劃指標(biāo)、用氣規(guī)律及其用氣量預(yù)測的研究”項目提供準(zhǔn)確可靠數(shù)據(jù)的同時也為北京市天然氣智能化遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用提供了參考。
通過對上述3種天然氣用戶數(shù)據(jù)采集傳輸方法的使用和比較，可以看出“GSM/GPRS公眾無線網(wǎng)遠(yuǎn)程抄表監(jiān)測系統(tǒng)”不需要人員到達(dá)現(xiàn)場，利用GSM/GPRS的通信方式將用戶處的智能表所記錄的各種數(shù)據(jù)傳送到遠(yuǎn)程控制端的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，并由軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計、分析和計算，代表著未來智能化遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的發(fā)展方向，并將隨著通信技術(shù)系統(tǒng)的硬件和軟件的發(fā)展而不斷更新。
在實際應(yīng)用中，遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)通信方式或方式組合的選擇需要根據(jù)各種系統(tǒng)的優(yōu)缺點，并綜合考慮系統(tǒng)所面對用戶的特點、用戶分布及數(shù)量、安裝條件、期望達(dá)到的目標(biāo)、以及與其他網(wǎng)絡(luò)兼容等方面實施，以達(dá)到最理想的目標(biāo)。例如:對于居民、商業(yè)等數(shù)量多且分布相對集中的用戶，特別是居民用戶，日常以計4量收費管理為主，定期進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析為輔，考慮系統(tǒng)投入成本、安裝條件等因素，建議安裝“區(qū)域性樓宇無線遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)”；而對于采暖、制冷、工業(yè)、電廠類重點用戶，在計量收費的同時天然氣供應(yīng)企業(yè)更需要了解實時用氣情況，進(jìn)行及時的數(shù)據(jù)分析，掌握實際的用氣規(guī)律，以保障供氣、用氣安全，建議安裝“GSM/GPRS公眾無線網(wǎng)遠(yuǎn)程抄表監(jiān)測系統(tǒng)”。
綜上所述，天然氣用戶數(shù)據(jù)采集傳輸方法的選擇既不能盲目追求系統(tǒng)的高性能、高價格，也不能只考慮成本投入而忽略系統(tǒng)性能，應(yīng)根據(jù)用戶特點，從實際需要出發(fā)，進(jìn)行科學(xué)、合理的選取，在發(fā)揮系統(tǒng)最大能力的同時達(dá)到企業(yè)的理想目標(biāo)。
本文作者：賈林 劉燕
作者單位：北京市燃?xì)饧瘓F(tuán)有限責(zé)任公司規(guī)劃發(fā)展部
