摘要：分析國內(nèi)燃氣GPRS遠傳抄表系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和存在問題，介紹自行開發(fā)的燃氣遠傳抄表系統(tǒng)，探討了該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集原理、設(shè)備技術(shù)要求和安裝方法。

關(guān)鍵詞：遠傳抄表；設(shè)備要求；安裝方法；數(shù)據(jù)采集；  非居民用戶

Equipment Technical Requirements and Installation Method for Gas Remote Meter Reading System

Abstract: The development status and existing problems of domestic gas GPRS remote meter reading system are analyzed. The self-developed gas remote meter reading system is introduced. The data collection principle，equipment technical requirements and installation method of this system are discussed.

Key words: remote meter readin9；equipment requirement；installation method；data collection；nonresidential user

1 概述

杭州管道天然氣市場近年來發(fā)展迅速，2010年的供氣規(guī)模達31 719×10⁴ m³，較2009年增長25.95％；銷售氣量達31 006×10⁴ m³，較2009年增長26.45％。隨著天然氣市場規(guī)模的迅速擴大和用戶數(shù)量的大幅增加，上游天然氣供應(yīng)總量限制和下游用氣需求快速增長的矛盾以及各城區(qū)供氣不平衡的矛盾在冬季越來越突出，而且輸差控制與用戶管理的難度不斷加大。因此，實時監(jiān)控燃氣管網(wǎng)動態(tài)運營狀況、用戶信息化智能化管理的需求已非常迫切。

2 國內(nèi)燃氣遠傳抄表系統(tǒng)現(xiàn)狀與存在問題

GPRS遠傳抄表系統(tǒng)在國內(nèi)燃氣行業(yè)還處于不斷摸索和完善的階段。在2005年以前，遠傳抄表系統(tǒng)主要針對居民用戶燃氣抄表，使用較多的是脈沖式遠傳抄表技術(shù)，數(shù)據(jù)采集技術(shù)落后，信號易受電磁干擾，數(shù)據(jù)穩(wěn)定性和準確性不高，配件不具有通用性，運行維護成本高^[1]。近幾年，工業(yè)和商業(yè)用戶在供銷氣量結(jié)構(gòu)中的比例越來越高，國內(nèi)開始重點推廣非居民用戶GPRS遠傳抄表管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)是一種以現(xiàn)代數(shù)字通信技術(shù)、計算機軟硬件技術(shù)、燃氣計量技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為主體的實時信息采集與分析處理系統(tǒng)。國內(nèi)在這方面積極探索和應(yīng)用的主要有杭州市燃氣集團有限公司、成都城市燃氣公司、北京市燃氣集團及貴州燃氣公司等幾家單位，但大多數(shù)還處于搞試點、持續(xù)改進和逐步成熟完善的階段^[2]。其中關(guān)鍵的因素有3個：技術(shù)水平高的遠傳抄表終端設(shè)備廠商較少，缺乏競爭性，核心元件數(shù)據(jù)采集單元長期運行的可靠性和穩(wěn)定性不是很高；上位監(jiān)控軟件開發(fā)技術(shù)難度大，能完全兼容不同廠家、不同類型的數(shù)據(jù)采集終端并穩(wěn)定運行的平臺還很少；安裝施工不規(guī)范，沒有嚴格執(zhí)行防爆、接地和間距標準，安裝完畢以后問題不斷，維護成本高。

杭州市燃氣集團有限公司開發(fā)的遠傳抄表系統(tǒng)，引入多家終端設(shè)備廠家和上位監(jiān)控軟件開發(fā)公司，設(shè)定統(tǒng)一的技術(shù)標準和施工安裝規(guī)范，促使其相互競爭，提高技術(shù)開發(fā)水平。目前已完成l 040只日用氣量逾100 m³／d的非居民用戶遠傳表的安裝工作，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，數(shù)據(jù)上傳正確率高，基本解決了燃氣GPRS遠傳抄表系統(tǒng)兼容性和穩(wěn)定性問題。

3 杭州燃氣遠傳抄表系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集原理

杭州燃氣遠傳抄表系統(tǒng)由計量表具、GPRS數(shù)據(jù)采集終端、GPRS無線通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)管理中心、上位監(jiān)控軟件及客戶端組成，終端與公司上位采集平臺的通信協(xié)議為標準MODBUS TCP協(xié)議。系統(tǒng)核心部分是數(shù)據(jù)采集終端和上位監(jiān)控軟件。

每個數(shù)據(jù)采集終端都有唯一IP地址，系統(tǒng)上位監(jiān)控軟件將所有遠傳表分成幾十個通道，每個通道對應(yīng)l0～20個數(shù)據(jù)采集終端，以隊列形式排列。每隔10 min，系統(tǒng)會對所有通道輪詢一次，數(shù)據(jù)管理中心服務(wù)器通過GPRS無線通信網(wǎng)絡(luò)向隊列中的數(shù)據(jù)采集終端依次發(fā)送鏈接指令，每次鏈接時間為5s，建立正常通信鏈接后，對數(shù)據(jù)采集終端進行掃描，第一次掃描不成功會再重復(fù)掃描3次，成功采集到數(shù)據(jù)采集終端完整的數(shù)據(jù)包后，再向隊列中的下一個數(shù)據(jù)采集終端發(fā)送鏈接指令。如果網(wǎng)絡(luò)通信連接超時，則系統(tǒng)認為遠傳表不在線，需要等待下一個輪詢周期。

遠傳抄表系統(tǒng)遠傳實時信息主要采用IE訪問模式，通過Internet互聯(lián)網(wǎng)，只要授權(quán)的計算機都可以打開監(jiān)控界面。監(jiān)控界面見圖l。

4設(shè)備技術(shù)要求與施工安裝方法

①計量表具

膜式燃氣表采用機械計數(shù)器，沒有遠傳接口。施工時需要將機械計數(shù)器拆下，換上光電直讀式數(shù)碼計數(shù)器，數(shù)碼計數(shù)器內(nèi)部集成控制芯片，輸出接口采用RS485總線。安裝前需要將數(shù)碼計數(shù)器讀數(shù)調(diào)整為與機械計數(shù)器讀數(shù)一致。非智能渦輪表和羅茨表需安裝溫壓補償儀，溫壓補償儀應(yīng)配備RS485輸出接口。

②GPRS數(shù)據(jù)采集終端

數(shù)據(jù)采集終端(DTU)是遠傳抄表系統(tǒng)的重要設(shè)備之一，具有RS485／232接口，通信速率為300～115 200 bit／s，通信協(xié)議采用MODBUS RTU／ASC Ⅱ工業(yè)通信協(xié)議，內(nèi)部供電為24 V直流電。l個數(shù)據(jù)采集終端一般接1～3只燃氣表。數(shù)據(jù)采集終端內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖2。

③GPRS數(shù)據(jù)包格式

完整的遠傳抄表數(shù)據(jù)包內(nèi)有兩種類型的數(shù)據(jù)，一種是模擬量數(shù)據(jù)，如流量、壓力、溫度等，通過內(nèi)部控制模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字量數(shù)據(jù)；另一種是狀態(tài)信號數(shù)據(jù)，如市電狀態(tài)、采集終端柜門狀態(tài)等開關(guān)量數(shù)據(jù)。GPRS數(shù)據(jù)采集格式見表l。

④安全柵

用于遠傳抄表系統(tǒng)的安全柵，應(yīng)根據(jù)計量表具通信接口的類型進行選擇。如天信羅茨表、克羅姆膜式表是四線制RS485接口，安全柵就選擇LBGS8093-EX系列或2108D系列，該規(guī)格的安全柵內(nèi)部已經(jīng)有防浪涌功能；埃爾斯特流量計采用的是六線制RS485接口，安全柵就選擇GS8193-EX系列，同時單獨安裝信號浪涌保護器。

⑤數(shù)據(jù)采集終端供電方式

數(shù)據(jù)采集終端有兩種供電方式，一種為市電供電，另一種為太陽能供電。無論是市電供電還是太陽能供電，都需要在終端機箱內(nèi)安裝備用蓄電池。正常情況下，供電系統(tǒng)為數(shù)據(jù)采集終端供電和為蓄電池充電，當(dāng)市電停電時，通過電源管理模塊將供電模式切換到蓄電池供電。

數(shù)據(jù)采集終端應(yīng)根據(jù)遠傳終端現(xiàn)場供電情況選擇供電方式，一般優(yōu)先選擇市電供電，如現(xiàn)場取市電非常困難，則可選擇太陽能電池板供電。選擇太陽能供電應(yīng)滿足光照充足、遮擋少和安裝條件良好等3個條件。

⑥接地系統(tǒng)

接地系統(tǒng)包括浪涌保護、跨接和接地3部分。浪涌保護器有電源線路SPD和信號線路SPD兩種規(guī)格，分別接在數(shù)據(jù)采集終端開關(guān)電源進出總線上和流量計RS485信號總線上。

跨接是用銅導(dǎo)線或編織銅線將設(shè)備與金屬護套管、金屬護套管與對接的金屬護套管、金屬護套管與接地線等兩個不同的設(shè)備連接起來。跨接線一般選用編織銅線或截面積為6 mm²的軟銅線，每個跨接點都應(yīng)該用跨接線連接起來，跨接點應(yīng)使用金屬抱箍扎緊或用螺絲擰緊，禁止用尼龍扎帶捆扎或用導(dǎo)線纏繞。

接地是通過金屬導(dǎo)線與接地裝置連接。需要接地的點有流量計表頭、數(shù)據(jù)采集終端機箱和金屬護套管。與建筑物共用防雷接地體的接地電阻應(yīng)小于1Ω，單獨打接地樁的接地電阻應(yīng)小于4Ω。與接地體連接的接地線應(yīng)使用l根截面積為6 mm²以上的BVR單芯軟銅線或編織銅線。單根接地樁接地電阻達不到4Ω的，應(yīng)再增加接地樁數(shù)量，直至滿足接地電阻要求。相鄰兩根接地樁之間的距離不應(yīng)小于2 m。接地樁布置見圖3。

⑦數(shù)據(jù)采集終端的防爆要求

絕緣電線和信號線均應(yīng)要求用鍍鋅鋼管或金屬波紋管穿管安裝。當(dāng)現(xiàn)場信號線和電源線貼近燃氣管道敷設(shè)時，與室內(nèi)燃氣管道的平行敷設(shè)凈距應(yīng)大于5 cm，交叉敷設(shè)時應(yīng)大于1 cm。與室外地下燃氣管道的水平凈距應(yīng)大于l m，垂直凈距應(yīng)大于0.15m^[3]。

數(shù)據(jù)采集終端機箱必須使用不銹鋼防爆機箱。防爆機箱的防爆等級不低于Exd ⅡbT4。防爆機箱與儀表之間的信號線應(yīng)使用防爆軟管穿線，或使用DN 25 mm的鍍鋅鋼管、DN 20 mm的金屬波紋管穿線。穿線管與防爆機箱、儀表連接孔處應(yīng)使用防爆泥完全封閉，防止燃氣漏入機箱內(nèi)。

⑧上位監(jiān)控軟件建表

上位監(jiān)控軟件建表一般有以下3個步驟：

首先，進行SIM卡配置(即硬件綁定)。將從電信公司申請購買來的GPRS SIM卡插入專用的讀卡器中，給SIM卡綁定1個IP地址，1張SIM卡對應(yīng)1個IP地址，1個IP地址對應(yīng)1個數(shù)據(jù)采集終端。SIM卡配置好后，插入專用無線網(wǎng)卡中進行測試，確認通信正常后，將SIM卡直接插到數(shù)據(jù)采集終端通信模塊上的卡槽內(nèi)。

其次，在上位監(jiān)控軟件建表功能模塊中建表(即軟件綁定)，就是按照功能模塊的提示在之前綁定好的IP地址上配置遠傳表的基本信息。基本信息分為用戶信息和表信息。用戶信息包括用戶編號、用戶類別、地址、聯(lián)系人、聯(lián)系電話等基本信息；表信息包括表號、IP地址、用氣性質(zhì)、流量計類型等信息。軟件上的IP地址必須和硬件上的IP地址一致。

最后是導(dǎo)入。導(dǎo)入就是將之前配置好的遠傳表信息寫入上位監(jiān)控系統(tǒng)控制程序中。導(dǎo)入有兩種方式：批量導(dǎo)入和直接導(dǎo)入。批量導(dǎo)入就是將大批量新建的表信息添加到導(dǎo)入表中，再一次性自動寫入；直接導(dǎo)入就是一個一個地寫入。導(dǎo)入成功后服務(wù)器自動生成新的采集表。打開監(jiān)控界面后，即可看到新建表的信息。

5 結(jié)語

GPRS遠傳抄表系統(tǒng)是一種先進的無線抄表技術(shù)，不僅能實現(xiàn)實時遠傳抄表，而且能在管網(wǎng)運行動態(tài)分析、氣量調(diào)度和科學(xué)決策中發(fā)揮重要作用。杭州市燃氣集團有限公司經(jīng)過3年的開發(fā)，在燃氣GPRS遠傳抄表系統(tǒng)設(shè)備技術(shù)和安裝施工技術(shù)方面，具有很高的技術(shù)水平和豐富的管理經(jīng)驗，實現(xiàn)了不同類型的數(shù)據(jù)采集終端設(shè)備在同一套上位監(jiān)控軟件平臺上穩(wěn)定運行。目前杭州已安裝并投入運行1 040個遠傳抄表終端，平均每個遠傳抄表終端造價降至l.2×10⁴元左右(含設(shè)備、安裝與維護費用)，整套系統(tǒng)運行狀況良好，平均在線率在90％以上，促進了燃氣行業(yè)遠傳抄表技術(shù)的進步。

參考文獻：

[1] 楊建華，馮海鵬.遠傳抄表技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].煤氣與熱力，2008，28(11)：B40-B43.

[2] 曹安民.非居民用戶實時抄表與用戶管理系統(tǒng)[J].煤氣與熱力，2012，32(1)：A28-A31.

[3] 中國市政工程華北設(shè)計研究院.GB 50028-2006城鎮(zhèn)燃氣設(shè)計規(guī)范[s].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006：48-50.

本文作者：高立鴻 沈曉東 程喜兵

作者單位：杭州市燃氣集團有限公司