摘要：隨著杭州天然氣市場的快速發(fā)展，上游天然氣供應(yīng)總量限制與下游用氣需求快速增長的矛盾越來越突出，給城市燃?xì)夤芫W(wǎng)的安全運(yùn)行帶來很大的壓力。建立GPRS遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)可以幫助企業(yè)實時掌握大用戶用氣負(fù)荷變化信息，有助于企業(yè)在氣量調(diào)度、運(yùn)營管理上的科學(xué)決策。但國內(nèi)建成并穩(wěn)定運(yùn)行的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)很少，各家單位開發(fā)的監(jiān)控軟件和遠(yuǎn)傳終端設(shè)備沒有統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和通訊接口標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)兼容性和可維護(hù)性差。本文系統(tǒng)闡述了杭州在組建燃?xì)膺h(yuǎn)程抄表系統(tǒng)過程中的設(shè)備選擇標(biāo)準(zhǔn)、安裝驗收技術(shù)，為推動燃?xì)庑袠I(yè)遠(yuǎn)程抄表技術(shù)發(fā)展提供了寶貴的經(jīng)驗。
關(guān)鍵詞：杭州燃?xì)?；遠(yuǎn)程抄表；設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)；安裝驗收技術(shù)
1 前言
杭州市管道天然氣市場近年來發(fā)展迅速，2010年供氣規(guī)模達(dá)到31719.4萬m3，同比增長25.95%；銷售氣量達(dá)到31005.6萬m3，同比增長26.45%。其中，民用戶規(guī)模為49.38萬戶，占總銷售氣量的19.57%；公建用戶1534戶，占總銷售氣量的51.57%；工業(yè)用戶25家，占總銷售氣量的13.69%。用氣結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)多元化趨勢，工業(yè)、公建用氣在燃?xì)怃N售結(jié)構(gòu)的比重越來越高。隨著用氣規(guī)模的迅速擴(kuò)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)中低壓供氣管網(wǎng)供氣能力的矛盾越來越突出，給杭州整個燃?xì)夤芫W(wǎng)的安全運(yùn)行和公司在氣量調(diào)度、管理決策上帶來了很大的壓力，及時、準(zhǔn)確地掌握用戶用氣量和用氣負(fù)荷變化規(guī)律最得尤為重要。按照傳統(tǒng)方法，就需要投入大量的人力、物力去現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)，再人工統(tǒng)計整理和分析，不僅實時性差，還很容易出差錯。
2 國內(nèi)燃?xì)釭PRS遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀與存在問題
GPRS遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)作為一項比較成熟的自動抄表技術(shù)，目前已廣泛應(yīng)用于電力、自來水行業(yè)，但針對燃?xì)庑袠I(yè)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)還處于剛起步階段。因為燃?xì)庑袠I(yè)具有不同于電力、自來水行業(yè)的特殊性，燃?xì)馐且环N易燃易爆氣體，燃?xì)獾挠嬃空{(diào)壓工藝流程相對比較復(fù)雜，在設(shè)計上還有防火防爆的要求。因此，針對燃?xì)庑袠I(yè)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)相對還處于不斷摸索、完善的階段，相關(guān)理論研究很多，但實際建成并穩(wěn)定運(yùn)行的很少。而且，目前專業(yè)從事燃?xì)膺h(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的開發(fā)單位較少，各家單位開發(fā)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)一般都采用自己研發(fā)的監(jiān)控系統(tǒng)軟件和GPRS遠(yuǎn)程抄表設(shè)備，軟件和設(shè)備自成一套系統(tǒng)，相互之間沒有統(tǒng)一的設(shè)備技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和通訊接口標(biāo)準(zhǔn)，無法真正實現(xiàn)技術(shù)上的兼容，運(yùn)行穩(wěn)定性較差，給燃?xì)饨?jīng)營公司帶來一系列的后續(xù)運(yùn)行維護(hù)、配件更換等困難。杭州燃?xì)夤驹诮M建燃?xì)膺h(yuǎn)程抄表系統(tǒng)過程中，針對試點中出現(xiàn)的問題，及時組織技術(shù)力量制定了遠(yuǎn)程抄表設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)和施工規(guī)范，從根本上解決了不同GPRS遠(yuǎn)程抄表設(shè)備無法接入同一個平臺并穩(wěn)定運(yùn)行的問題。目前杭州已建成并投入運(yùn)行1040塊遠(yuǎn)程抄表終端，涉及終端設(shè)備廠家有浙江金卡、杭州鴻鵠等4家，運(yùn)行狀況良好，平均在線率在90%以上，技術(shù)和施工管理都達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平。
3 杭州燃?xì)釭PRS遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)原理
杭州燃?xì)膺h(yuǎn)程抄表系統(tǒng)由計量表具、GRPS無線網(wǎng)絡(luò)、GPRS數(shù)據(jù)采集終端、通訊服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器及客戶端組成。整個系統(tǒng)可分為數(shù)據(jù)采集層、無線網(wǎng)絡(luò)層和數(shù)據(jù)管理層3個層次。其系統(tǒng)架構(gòu)如下：
采集數(shù)據(jù)時，由監(jiān)控中心的計算機(jī)通過GPRS通訊網(wǎng)絡(luò)向每一臺GPRS遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)采集器發(fā)出采集指令，數(shù)據(jù)采集控制器接收到GPRS無線網(wǎng)絡(luò)指令信號，采集器內(nèi)DTU通過RS485總線讀取燃?xì)獗砝鄯e用氣量、瞬時流量、壓力、溫度等數(shù)據(jù)，并完成數(shù)據(jù)處理和存儲，然后采集器通過無線數(shù)傳模塊將處理后的數(shù)據(jù)以IP數(shù)據(jù)包的形式發(fā)送至GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上，通訊服務(wù)器接收到GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上的數(shù)據(jù)后，存儲到數(shù)據(jù)服務(wù)器。如果網(wǎng)絡(luò)通訊連接超時，系統(tǒng)認(rèn)為遠(yuǎn)傳表不在線，需要等待下一個采集周期，一般一個采集周期在20min-30min左右，可根據(jù)需要設(shè)定。
接入系統(tǒng)的計量表具應(yīng)具備RS485通訊接口，如果沒有則需要進(jìn)行改造。機(jī)械式皮膜表最常用的方法是將機(jī)械讀數(shù)輪拆下，換上光電直讀式數(shù)碼輪，該數(shù)碼輪內(nèi)部集成控制芯片，具有將數(shù)字轉(zhuǎn)換成電氣信號和RS485通訊功能。渦輪表和羅茨表需安裝溫壓補(bǔ)償儀，溫壓補(bǔ)償儀不僅可以修正溫度、壓力對燃?xì)庥嬃康挠绊?，還帶有RS485通訊功能，通過信號線可直接接入GPRS數(shù)據(jù)采集終端。
工作站訪問有兩種工作模式，一種是客戶端模式，通過局域網(wǎng)與數(shù)據(jù)服務(wù)器連接，直接調(diào)讀數(shù)據(jù)庫服務(wù)器數(shù)據(jù)，典型的有MOSAIC 4.2遠(yuǎn)程抄表監(jiān)控系統(tǒng)。另一種是IE訪問模式，通過Internet互聯(lián)網(wǎng)，訪問數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，不需要安裝專用的客戶端軟件，典型的有DYNAC遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)。
4 遠(yuǎn)程抄表點的篩選技術(shù)
根據(jù)杭州市燃?xì)饧瘓F(tuán)2010年運(yùn)營統(tǒng)計年報分析，民用氣的特點是比較穩(wěn)定，用氣量與點火數(shù)有比較穩(wěn)定的線性關(guān)系，用氣負(fù)荷容易預(yù)測與管理。工業(yè)用氣的特點是用氣負(fù)荷受整個生產(chǎn)銷售景氣程度的影響，用氣負(fù)荷變化無規(guī)律。公建用氣中的鍋爐、空調(diào)用氣極易受氣溫等氣候因素影響，日用氣量波動幅度大。而日用氣量在100m3以上的工業(yè)公建大用戶用氣量占工業(yè)公建總用氣量的75%左右，因此只要對日用氣量100m3以上的大用戶安裝遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)，就可以完全滿足實時氣量管理需求，還可以減少數(shù)據(jù)采集終端設(shè)備的投資及后續(xù)的運(yùn)行維護(hù)工作量。
5 遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)與安裝技術(shù)
5.1 GPRS數(shù)據(jù)采集器標(biāo)準(zhǔn)
GPRS遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)采集器是遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的重要設(shè)備，數(shù)據(jù)采集器具有RS485/232接口，通信速率為300～115200bps，通信協(xié)議采用MODBUS RTU/ASCⅡ工業(yè)通信協(xié)議，內(nèi)部供電一般選擇24VDC。一只數(shù)據(jù)采集終端(DTU)實際應(yīng)用中一般接1-3只燃?xì)獗怼?biāo)準(zhǔn)GPRS遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下：
5.2 G PRS數(shù)據(jù)存儲格式標(biāo)準(zhǔn)
遠(yuǎn)程抄表采集的數(shù)據(jù)有兩種類型，一種是計量表具數(shù)據(jù)，如流量、壓力、溫度等模擬量數(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)。數(shù)據(jù)采集格式見表1。
5.3 安全柵標(biāo)準(zhǔn)與安裝技術(shù)
用于遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的安全柵一般選擇RS485或RS232隔離式安全柵。隔離式安全柵采用了將輸入、輸出以及電源3方之間相互電氣隔離的電路結(jié)構(gòu)，具備更強(qiáng)的輸入信號處理能力，由于信號線路無需共地，使得檢測和控制回路信號的穩(wěn)定性和抗干擾能力大大增強(qiáng)，從而提高了整個系統(tǒng)的可靠性。安全柵應(yīng)具備浪涌保護(hù)功能。若不具備，則必須單獨(dú)安裝信號浪涌保護(hù)器。
燃?xì)饬_茨表、渦輪表及皮膜表數(shù)碼計數(shù)器均采用RS485四線制輸出，一般選擇LBGS8093-EX系列或2108D系列安全柵。該規(guī)格的安全柵內(nèi)部已經(jīng)有防浪涌功能，不必再單獨(dú)安裝信號浪涌保護(hù)器和電源浪涌保護(hù)器，但13-16端子必須短接并接地。
埃爾斯特流量計采用的是六線制輸出，一般采用GS8193-EX系列安全柵，同時配裝信號浪涌保護(hù)器。
兩種不同規(guī)格的安全柵電氣接線圖如圖3。
5.4 供電系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)及取電安裝技術(shù)
燃?xì)膺h(yuǎn)程抄表系統(tǒng)有兩種供電模式，一種為市電供電，另一種為太陽能供電。市電供電的核心元件是開關(guān)電源，輸入側(cè)為220V市電電源，輸出側(cè)是質(zhì)量較高的24V直流電。直流輸出分兩路，一路供給GPRS數(shù)據(jù)采集終端，一路供給蓄電池。正常情況下，遠(yuǎn)程系統(tǒng)由開關(guān)電源供電，蓄電池作為備用，處于充電狀態(tài)；當(dāng)市電停電時，通過電源管理模塊將開關(guān)電源供電切換到蓄電池供電。
太陽能供電模式的核心元件是太陽能電池板和電源管理器。太陽能電池是通過光電效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置，太陽能電池板輸出電壓最大為1OV。電源管理器輸入接太陽能電池板，輸出分兩路，一路供給GPRS數(shù)據(jù)采集終端，一路供給蓄電池。
取電應(yīng)根據(jù)遠(yuǎn)程終端現(xiàn)場供電情況選擇，一般優(yōu)先選擇從配電箱內(nèi)取，因為配電箱有比較完善的電氣保護(hù)和接地系統(tǒng)，市電不宜從插座、開關(guān)處取電。如現(xiàn)場無市電，且從其他地方接入市電非常困難，則可選擇太陽能電池板供電，但必須具備光照充足、遮擋少且對周邊沒有影響3個條件。如果條件不滿足，還可以采用電磁閥取電，電磁閥取電是最后的選擇。
5.5 接地標(biāo)準(zhǔn)及安裝技術(shù)
(1) 接地標(biāo)準(zhǔn)包括浪涌保護(hù)、跨接和接地3部分。浪涌保護(hù)器(SPD)也叫防雷器，是一種為各種電子設(shè)備、儀器儀表、通訊線路提供安全防護(hù)的電子裝置。當(dāng)電氣回路或者通信線路中因為外界的干擾突然產(chǎn)生尖峰電流或者電壓時，浪涌保護(hù)器能在極短的時間內(nèi)導(dǎo)通分流，從而避免浪涌對回路中GPRS設(shè)備和流量計的損害。遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)上有電源線路SPD和信號線路SPD兩種，電源線路SPD接在開關(guān)電源交流側(cè)或開關(guān)電源直流側(cè)，信號線路SPD接在流量計RS485信號線上。
(2) 跨接是用銅導(dǎo)線或編織銅線將設(shè)備與金屬護(hù)套管、金屬護(hù)套管與對接的金屬護(hù)套管、金屬護(hù)套管與接地線等兩個不同的設(shè)備短接起來，目的是防止靜電積聚和感應(yīng)過電壓對套管內(nèi)信號線、儀表等影響?？缃泳€一般選用編織軟銅線或6mm2的軟銅線，每個跨接的點都應(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)線纏繞的方法。
(3) 接地是通過金屬導(dǎo)線與接地裝置連接，將電氣設(shè)備和其他生產(chǎn)設(shè)備上可能產(chǎn)生的漏電流、靜電荷以及雷電電流等引入地下。遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)主要有兩種接地，一是防雷接地，二是屏蔽接地。防雷接地是將220V電源浪涌接地、24V電源浪涌接地、信號浪涌接地、流量計表頭感應(yīng)電接地。屏蔽接地是將RS485信號線屏蔽接地，防止高頻信號或雜波信號干擾影響DTU正常工作。與建筑物共用防雷接地體接地電阻應(yīng)小于1Ω；單獨(dú)使用鍍鋅角鋼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)使剛6mm2以上的BVR銅芯軟線或銅編織線。單根接地樁接地電阻達(dá)不到4Ω的，打接地樁應(yīng)選擇土層厚實、雜物較少的地方。單獨(dú)打一根接地樁無法滿足接地電阻要求，則應(yīng)再增加接地樁，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2m。接地樁之間應(yīng)使用相同規(guī)格的角鋼焊接或使用6mm2以上的BVR銅芯軟線連接，并用螺絲緊固。其結(jié)構(gòu)如圖4。
5.6 數(shù)據(jù)采集終端的防爆安裝技術(shù)
(1) 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?xì)夤艿婪笤O(shè)時，與室內(nèi)燃?xì)夤艿赖钠叫蟹笤O(shè)凈距應(yīng)大于5cm，交叉敷設(shè)時應(yīng)大于1cm。與室外地下燃?xì)夤艿赖乃絻艟鄳?yīng)大于1m，垂直凈距應(yīng)大于0.15m。
(2) 燃?xì)鈹?shù)據(jù)采集終端機(jī)箱必須使用不銹鋼防爆機(jī)箱。防爆機(jī)柜的防爆等級不低于Exd IIbT4。防爆機(jī)柜與儀表之間的信號線應(yīng)使用防爆軟管穿管，或使用DN25鍍鋅鋼管、DN20金屬波紋管穿管，嚴(yán)禁使用PVC管穿管。與防爆機(jī)柜、儀表、穿線管連接孔應(yīng)用完全封閉，防止燃?xì)饴┑焦耋w或穿線管內(nèi)。
5.7 上位軟件遠(yuǎn)程點建表技術(shù)
(1) 新建遠(yuǎn)程點首先應(yīng)進(jìn)行SIM卡配置。每張SIM卡對應(yīng)一個IP地址，1個IP地址只能應(yīng)用于1個DTU。SIM的設(shè)置是在電信或移動公司配置好的，綁定后的SIM直接插入數(shù)據(jù)通信模塊DTU設(shè)備上的卡槽內(nèi)，GPRS)]艮務(wù)器就具備硬件上呼叫、控制DTU的功能了。如果SIM卡壞了，就需要到電信或移動公司配一張新卡。
(2) 設(shè)置基本信息。首先確定遠(yuǎn)程表的公建編號，一個用戶只有一個公建編號，公建編號不能有重復(fù)，否則批量導(dǎo)入時可能會導(dǎo)致服務(wù)器程序故障。其次是確定表號，一個表號對應(yīng)一塊燃?xì)獗怼?/span>
(3) 確定用戶類別與用氣性質(zhì)。用戶類別有機(jī)關(guān)、學(xué)校、賓館、餐飲、娛樂、貿(mào)易局、商場、體育、寫字樓、經(jīng)委/工業(yè)、民政、城投、其他等14類，用氣性質(zhì)有鍋爐、餐飲、食堂、生產(chǎn)線、空調(diào)、下游經(jīng)銷商等6類。確定用戶類別和用氣性質(zhì)可以實現(xiàn)分類管理，在遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)中可以生成不同性質(zhì)用氣的統(tǒng)計報表。
(4) 確定在線流量計信息與用戶信息。包括用戶名稱、公建編號、表號、用氣性質(zhì)、用戶地址、區(qū)域、聯(lián)系人、聯(lián)系電話、流量計類型等基本信息。
(5) 批量導(dǎo)入安裝單位數(shù)據(jù)采集器IP地址。系統(tǒng)導(dǎo)入時，IP地址必須配置正確，否則將無法連接上。
(6) 批量導(dǎo)入變量關(guān)聯(lián)。不同類型的流量計，如皮膜表、渦輪流量計、羅茨表、德聞表，其數(shù)據(jù)采集程序和通訊協(xié)議是不同的，因此必須根據(jù)現(xiàn)場表具的型號確定RTU的變量關(guān)聯(lián)代碼，并導(dǎo)入對應(yīng)的變量關(guān)聯(lián)程序。變量關(guān)聯(lián)不正確將無法正常上傳數(shù)據(jù)。
6 遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)驗收技術(shù)
遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的驗收應(yīng)選擇在通氣時或通氣后進(jìn)行，驗收前制作好檢查卡，按外觀檢查、上電檢測、上位軟件通訊測試、數(shù)據(jù)核對等4個環(huán)節(jié)。
(1) 外觀檢查。外觀檢查包括數(shù)據(jù)采集終端機(jī)箱外觀及穿線孔密封檢查、支架牢固度及防腐檢查、電源線與信號線敷設(shè)、跨接檢查、機(jī)箱內(nèi)數(shù)據(jù)采集元器件數(shù)量規(guī)格檢查等。
(2) 上電檢測。上電檢測在外觀檢查合格后進(jìn)行，上電應(yīng)做好兩項內(nèi)容的檢查，一是上電后，GPRS采集器內(nèi)所有電氣元件是否工作正常，二是用現(xiàn)場測試軟件，檢測RTU是否能從燃?xì)獗砩铣綌?shù)據(jù)，并檢查檢測軟件上的數(shù)據(jù)是否與燃?xì)獗砩系臄?shù)據(jù)一致。
(3) 通訊測試?，F(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)正常后，與信息中心聯(lián)系，在服務(wù)器上發(fā)通訊命令，看服務(wù)器是否能與現(xiàn)場DTU建立良好的通訊。通訊連接正常，則在上位監(jiān)控軟件上進(jìn)行數(shù)據(jù)核對，觀察上位軟件數(shù)據(jù)和現(xiàn)場表數(shù)據(jù)，達(dá)到一致或基本一致視為遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)工作正常。
(4) 數(shù)據(jù)核對。數(shù)據(jù)核對包括驗收核對和日常核對兩塊。驗收核對在通訊測試的時候同步進(jìn)行，日常核對在遠(yuǎn)程抄表點正常上線后進(jìn)行。日常數(shù)據(jù)核對非常重要，主要觀察該表的上線率、數(shù)據(jù)上傳正確率兩個指標(biāo)，在試運(yùn)行期間，上線率和正確率都達(dá)到設(shè)計要求方可通過驗收。
7 結(jié)束語
隨著城市管道燃?xì)庥脩舻目焖僭鲩L和供氣區(qū)域的不斷擴(kuò)大，建立燃?xì)膺h(yuǎn)程抄表系統(tǒng)已成為燃?xì)饨?jīng)營企業(yè)在確保管網(wǎng)安全運(yùn)行、氣量調(diào)度和科學(xué)決策上的重要措施。針對燃?xì)膺h(yuǎn)程抄表系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的不統(tǒng)一和施工管理的不規(guī)范，杭州燃?xì)饧瘓F(tuán)兩年多來投入大量資金發(fā)展遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)，在這一領(lǐng)域中，已積累了一定的技術(shù)力量和施工管理經(jīng)驗，促進(jìn)了燃?xì)庑袠I(yè)遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的技術(shù)成熟。
參考文獻(xiàn)：
1 杭州燃?xì)饧瘓F(tuán).遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)設(shè)備規(guī)格要求.2010
2 城鎮(zhèn)燃?xì)饧夹g(shù)規(guī)范GB 50028-2006
3 姜開山.GPRS遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)應(yīng)用實踐.中國電力出版社，2007
(本文作者：沈曉東 高立鴻 杭州市燃?xì)?集團(tuán))有限公司 310052)
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