作者：杭厚义
第一作者单位：中石油昆仑燃气有限公司
摘自《煤气与热力》年5月刊
信息化技术发展改变了人们的生活方式和工作习惯，有利于对传统管理方式和手段进行替代和升级。远程监控系统在城市燃气工商用户管理上的应用，改变了传统的费时费力的人工抄表方式。本文从通信技术、具体方案设计及实际应用方面分析远程监控系统在城市燃气工商用户管理中为燃气企业提供的技术支持及相应的数据服务。
1远程监控系统的通信技术
远程监控系统是利用特定的通信方式将终端用户的智能流量计数据传送到远程控制端的计算机网络中，由软件对数据进行统计、分析和计算的信息系统。目前国内用于远程监控的通信技术主要有：有线总线通信、光纤通信、电话线通信、电力线载波通信、无线通信、卫星通信、有线电视通信、蜂窝通信等多种方式。采取何种通信方式，需要综合考虑系统面对的用户对象、分布、数量，地理条件、经济状况、系统扩展升级，以及与其他网络的兼容等。以下就5种常用的通信方式进行分析。
①RS总线通信
在有线总线通信中，最常用的为RS总线通信方式。RS总线采用双绞线差分传输方式，可连接成半双工和全双工两种通信方式，最大传输距离约m，实际上可达m，最高传输速率为10Mb/s，差分输入范围是-7～+12V。接收器输入灵敏度为±mV，输入阻抗大于或等于12kΩ，标准接点为32个。为适应更多节点的通信场合，有些芯片的输入阻抗设计为1/2负载(输入阻抗大于或等于24kΩ）、1/4负载（输入阻抗大于或等于48kΩ）、1/8负载（输入阻抗大于或等于96kΩ），相应的节点可增加到64、、个。RS总线通信方式优点是技术成熟、简单，通信可靠、稳定，可实现实时通信；缺点是布线工作量大，通信信道易受人为损坏、易大范围损坏，损坏后故障排除困难、恢复慢，信道后续维护量大。
②CAN总线通信
控制器局域网（CAN，ControllerAreaNetwork）总线是一种用于实时应用的串行通信协议总线，它可以使用双绞线传输信号，是世界上应用最广泛的现场总线之一。主要用于各种过程检测及控制。CAN协议的特性包括完整性的串行数据通信，提供实时支持，传输速率高达1Mb/s，同时具有11位的寻址以及检错能力。优点是实时性强、传输距离较远、抗电磁干扰能力强、成本低、检错能力强，可在高噪声干扰环境中工作，具有优先权和仲裁功能，多个控制模块通过CAN控制器挂到CAN-bus上，形成多主机局部网络；缺点是不能与Internet互连，不能实现远程信息共享，一般不能采用多层总线结构，有可能导致总线过载，通信距离仍然有限。
③光纤通信
光纤通信作为一门新兴技术，近年来发展速度快、应用面广，是世界新技术革命的重要标志和未来信息社会中各种信息的主要传送工具。光纤通信是以光波作为信息载体，以光纤作为传输媒介。从原理上看，构成光纤通信的基本物质要素是光纤、光源和光检测器。其优点是通信容量大、传输距离远，信号干扰小、保密性能好，抗电磁干扰、传输质量佳，无辐射，难于窃听。缺点是光纤光缆的弯曲半径不能过小（20cm）且造价高。
⑤GPRS通信
GPRS是基于GSM系统的无线分组交换技术，GPRS采用与GSM相同的频段、频带宽度、突发结构、无线调制标准、跳频规则以及相同的TDMA帧结构。其优点是接入范围广，不受地域和位置限制，传输速率高，支持不同速率的传输，提供实时在线服务，能够提供快速即时的连接，保证通信的实时性。支持TCP/IP协议和X.25协议，可与Internet互通，突破GSM通信中数据流量的限制。缺点是由于目前GPRS按流量计费，对于大数据量运行费用较高。实时性差，尤其是节假日系统的负荷会达到高峰。系统及网络堵塞严重，信息不畅，不能及时发送或收到有用信息，系统安全性较差，由于GPRS通过互联网发送数据，而目前的网络安全性不高，容易受到攻击，造成瘫痪。服务质量受制于运营商。
2城市燃气工商用户远程监控系统设计
2.1设计原则
①安全性：燃气表大部分安装在室内，考虑到基表制造和管道安装可能出现问题等导致燃气泄漏，要求远传表采集器必须杜绝引发火星的可能性，保证人身财产安全。
②准确性：数据采集过程和传输过程必须保证数据的可靠性，在停电情况下，数据不能丢失。
③稳定可靠性：从数据采集器到监控中心，涉及多个环节、多种设施，每个运行和存储设备必须安全可靠。
④开放、可扩展性：系统具有良好的开放性，可以与用户的管理信息网连接。根据用户的不同需求，对软、硬件系统进行合理设计，使系统具备良好的可扩展性和灵活性，便于系统升级。
⑤易操作维护性：系统操作易学易用，操作员无须具备很高的专业知识，稍加培训后即可熟练操作。维护工程师也能够容易、快速地进行系统维护。
2.2功能
城市燃气工商用户远程监控系统是城市燃气信息化的一个重要组成部分，通过RTU（RemoteTerminalUnit）采集用户的瞬时与累积用气量，燃气压力、温度等数据，并对数据进行智能分析。基本功能包含5项。
①对系统供气负荷进行分析：实时监测各用户系统的用气量，对管网负荷进行智能分析，协助管理人员调度。
②对用户的用气规律智能分析，可根据设定的条件进行数据检索，出现异常情况实时报警。
③与计费系统联合分析，对用户用气情况进行统计。
④与报装系统相结合，对新增用户的管理做到实时的进度跟踪。
⑤检测系统仪表及设备运行情况，远程对用户的用气设备进行诊断分析。
2.3具体设计方案
系统主要包括工商用户管理系统软件、通信系统和城市燃气工商用户RTU。系统拓扑结构见图1。
图1系统拓扑结构
①工商用户管理系统软件功能
包括计量数据实时采集与远传显示；重要数据实时报警分析；实时及历史数据曲线显示、报表分析；组态WEB发布。
a.管网总貌功能。用图像、文字、数字、颜色变化等比较形象简洁地反映管网工艺流程、设备、仪表及其位置、运行状态，监测参数、报警情况，对参数状态及时扫描。
b.数据采集功能。自动定时采集工商用户流量、温度、压力等，实现数据采集的准确性、及时性和可靠性。
c.报警功能。主要以报警控件形式，集中显示报警消息，通过文字数字的颜色变化反映参数变化、报警情况；可定义参数报警的显示顺序；可快速修改标签相关参数，如报警高高限值、高限值、低限值、低低限值、量程上下限等；快速查询显示历史报警消息。
d.曲线分析功能。实时曲线可选择温度、压力、瞬时流量等以及组合方式，加载目标参数曲线，光标拖动自动显示各曲线各点数值。历史曲线也可实现上述功能。
e.报表功能。将生产数据统计分析或查询的结果进行输出，包括打印机输出、文件输出等。
f.用气量查询功能。针对工商用户统计分析结果，除生成相应报表外，根据需要还可生成相应曲线图以查询用气量。
g.其他管理功能。用户档案管理，用户信息及缴费情况管理，营业管理，大用户计量点分时用气量统计、结算缴费、费用催缴等信息管理，任务工作单管理。生成抄表情况总结报告、人员工作分配总结报告、耗损情况总结报告，此外还有考核功能、通知告知功能。
②通信系统
下行通信采用：RS、RS、WiFi、ZigBee等；上行通信采用CAN总线、CDMA、GPRS、ADSL、光纤专网等无线及有线传输方式。
③城市燃气工商用户RTU
实时采集流量、温度、压力及现场仪表数据。
a.终端特性。采用工业级32位ARM+DSP处理器，内置嵌入式Linux操作系统；内置Flash（1Gb），YAFS2文件系统存储方式，重要数据保存8a；公网安全接入，数据传输中采用完善的加密压缩技术；采用抗硫化处理，不易腐蚀、可靠性好、使用寿命长；硬件设计抗电磁干扰能力强，具备完善的防雷措施，适应各种恶劣工作环境。
c.特殊设计。针对极寒、极热地区的高、低温的极限变化，RTU采用智能温度控制型的设备箱体，确保设备可以在超大温度范围正常运行；针对防爆、防尘的设备现场运行环境要求，RTU及仪器仪表采用本安型ExdIIBT4Gb型和IP66防护等级设计，同时可再外接防爆箱；针对防雷、防水、防潮的设备现场运行环境要求，RTU及仪器仪表相关输出、输入接口采用防浪涌保护、光耦隔离设计及相应的防水防潮处理。
3在城市燃气工商用户的实际应用
①试点单位应用远程抄表系统前状态
抄表人员每天对用户现场设备巡视，同时对设备相关数据人工抄读。需要的抄表人员相对较多，天气、环境等对于抄表的影响相对较大；缺少高效实时监控管理技术支持系统。存在抄表困难、错抄、估抄、漏抄等情况，监管不充分、安全巡查时效低、能源损耗无法及时回馈等情况。
②工商用户远程监控系统开发情况
调度中心配置一台监控服务器兼用作数据服务器，负责处理、存储、管理现场RTU采集的实时数据，并为网络中的其他服务器和工作站提供实时数据和历史数据，同时具有数据分析和WEB发布功能。RTU安装在各工商用户流量计附近，数据通过无线网络远传至调度中心的主控系统中，进行数据统一管理。
③应用效果
a.该系统项目实施后，数据直接进入试点单位现有SCADA系统的信息平台。随后新开发的燃气用户项目，可以集成在已建立的统一平台上，减少项目造价。
b.避免信息孤岛，能充分有效地利用城市燃气综合管理与工商客户管理系统的数据信息，工作流程化管理，有效加强抄、核、收过程管理以及营业业务各环节流程全过程管理，以技术创新实现管理创新。
c.通过实施客户缴费模块，丰富客户缴费方式，加快实际收取费用信息的反馈，缩短资金到账时间；系统统一各商业银行代收费模式，有效将燃气客户服务窗口延伸到银行，降低了燃气营业厅的工作压力，减少服务人员。
d.通过对实时采集的燃气工商用户数据分析、数据对比等及时发现用户偷气、管网漏气以及设备故障等现象并及时处理，减少直接经济损失，有效防止安全事故的发生。
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