一、 引言 天然氣閥組間是天然氣輸送的咽喉要道，其狀態(tài)信息（室內(nèi)天然氣濃度、管道壓力等）的獲取，對天然氣的安全、正常的輸送起著重要作用。 傳統(tǒng)的人工巡更的方式由于天然氣閥組間地域分布較廣，每次巡更需要耗費(fèi)大量人力及物力等資源，工人工作效率低，同時公司領(lǐng)導(dǎo)及相關(guān)部門無法及時、動態(tài)地了解天然氣閥組間的狀態(tài)信息，阻礙了公司信息化管理水平的進(jìn)一步提高。 另外，由于未對天然氣閥組間實(shí)施24小時連續(xù)在線監(jiān)測天然氣濃度，當(dāng)天然氣閥組間發(fā)生天然氣泄漏時，管理部門無法在第一時間獲取該緊急情況，存在著極大的安全隱患。 為了進(jìn)一步提高天然氣集輸公司安全管理水平及信息化管理水平，提高資源利用率、提高員工工作效率、降低生產(chǎn)運(yùn)行成本，建議實(shí)施天然氣閥組間遠(yuǎn)程監(jiān)測及管理系統(tǒng)。 該系統(tǒng)利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和信號處理技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對各天然氣閥組間的天然氣濃度、管道壓力的自動測量、數(shù)據(jù)存儲、分析、統(tǒng)計(jì)等，公司領(lǐng)導(dǎo)及管理部門可及時了解的天然氣閥組間安全及生產(chǎn)情況，為公司領(lǐng)導(dǎo)快速、準(zhǔn)確地天然氣閥組間狀態(tài)信息、制訂生產(chǎn)決策提供科學(xué)依據(jù)。 二、 設(shè)計(jì)原則 安全可靠 經(jīng)濟(jì)可行 技術(shù)先進(jìn) 易于擴(kuò)展 1． 安全可靠 由于系統(tǒng)應(yīng)用場合為易燃易爆場所，作為系統(tǒng)投入使用的前提，我們對系統(tǒng)特別是現(xiàn)場采集系統(tǒng)采取了隔爆、防爆措施，最大程度地保證了系統(tǒng)的安全可靠。 同時通過各類措施防止系統(tǒng)設(shè)備自身的被盜問題。 2． 經(jīng)濟(jì)可行 本系統(tǒng)充分在已有的設(shè)備的基礎(chǔ)上，通過無線方式傳輸現(xiàn)場數(shù)據(jù)，利用計(jì)算機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合管理，并根據(jù)需要打印各類報(bào)表。此系統(tǒng)的使用必能大量節(jié)約人力、物力支出，降低了工人的勞動強(qiáng)度，提高了工人的工作效率，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。 3． 技術(shù)先進(jìn) 本系統(tǒng)結(jié)合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、無線通信技術(shù)，使用微軟的大型數(shù)據(jù)MS SQL Server作為數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，使用專用軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、統(tǒng)計(jì)，保證了系統(tǒng)的先進(jìn)性。 4． 易于擴(kuò)展 本系統(tǒng)采用開放的設(shè)計(jì)模式，無論是軟件功能還是硬件采集單元所采集的信號均可方便地?cái)U(kuò)展。 三、 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 本系統(tǒng)按照功能可分為五個部分，分別為：  現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集處理單元  數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)  天然氣閥組間供電單元  數(shù)據(jù)管理平臺  計(jì)量數(shù)據(jù)綜合管理軟件。 （一） 現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集處理單元 采用威控科技無線低功耗測控終端RTU-1600，由中央處理器、信號（數(shù)據(jù)）轉(zhuǎn)換模塊、通信接口模塊組成。 工作原理：  中央處理單元（CPU）定時對8路模擬量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，模擬信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后變?yōu)閿?shù)字量；  定時通過RS-232接口與現(xiàn)場壓力儀表等智能設(shè)備通訊，并將其值存入內(nèi)存；  數(shù)字信號經(jīng)運(yùn)算、處理后轉(zhuǎn)換為實(shí)際測量值，存入內(nèi)存；  以主動（定時）或被動（呼叫）的方式向CDMA1X通信模塊發(fā)送數(shù)據(jù)，并可根據(jù)管理計(jì)算機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)改變現(xiàn)場的參數(shù)。 相關(guān)技術(shù)參數(shù)： 1． 輸入信號 （1） 8路4～20mA或者0～20/0～10VDC模擬量：管道壓力、室內(nèi)天然氣濃度及電池電壓等 （2） 通過RS232與氣體緊急切閥控制器LINEGUARD 2100進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，獲取管道壓力等數(shù)據(jù) （3） RS-485 2． 輸出信號 （1） 4路開關(guān)量輸出 （2） RS-232 3． 儀表特點(diǎn) （1） 具有看門狗電路，儀表永不死機(jī) （2） 具有斷電數(shù)據(jù)保護(hù)功能 4． 通訊模塊：內(nèi)嵌通訊協(xié)議，可與CDMA1X通信模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)通信 5． 數(shù)據(jù)發(fā)送方式： （1） 定時主動發(fā)送：可設(shè)定時間定時向中心站發(fā)送數(shù)據(jù) （2） 被動發(fā)送：由計(jì)量管理中心的計(jì)算機(jī)發(fā)出發(fā)送指令，接收該指令后發(fā)送數(shù)據(jù)。 （二） 數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)：采用中國聯(lián)通公司的CDMA 1X數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。 CDMA1x技術(shù)是當(dāng)今最先進(jìn)的通訊技術(shù)，具有容量大，傳輸速度快，質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)。其快速的信息響應(yīng)時間和分組交換技術(shù)，可保證用戶實(shí)時在線和信息的迅速傳遞，利用CDMA技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸是理想的方式。 其特點(diǎn)如下： 1. 可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)、中心對多點(diǎn)等數(shù)據(jù)傳輸。 2. 實(shí)時在線，實(shí)時進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，因使用獨(dú)立的數(shù)據(jù)信道，不爭奪話音信道資源，因而性能更穩(wěn)定。 3. 資費(fèi)低，按數(shù)據(jù)流量收費(fèi)，沒有數(shù)據(jù)量傳遞時，不產(chǎn)生費(fèi)用。 4. 傳輸速率可達(dá)153.6kbps, 約為GPRS的5倍。 5. 組網(wǎng)簡單，無縫覆蓋。 6. 可方便聯(lián)入互聯(lián)網(wǎng)。可以跨區(qū)域、省市使用,不存在漫游費(fèi)用,節(jié)省通信開支。 （三） 天然氣計(jì)量間供電單元。 由于天然氣計(jì)量間具有很高的防爆要求，并且無法提供220V交流電源，因而考慮采用太陽能電池對位于計(jì)量間的數(shù)據(jù)采集單元及無線通信模塊提供電源。 太陽能供電系統(tǒng)包括：電池板、蓄電池、控制器、DC-DC轉(zhuǎn)換器、控制箱及附屬配置（電線、接插件等）。 太陽能供電系統(tǒng)規(guī)格： 1．光伏電池板符合國家標(biāo)準(zhǔn)。使用壽命10年。 2．蓄電池符合信息產(chǎn)業(yè)部電信設(shè)備進(jìn)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。正常浮充使用壽命3年。 3．控制器為智能控制，并具有過放、過充保護(hù)及防反接、輸出短路、過載、溫升保護(hù)功能。 該太陽能供電系統(tǒng)在日照4h/d，連續(xù)陰雨天3天的情況下，能夠24小時連續(xù)提供12V/100mA直流電源，并且保證每小時提供為期2分鐘的12V/0.5A供電。 （四） 數(shù)據(jù)管理平臺：采用微軟公司的SQL Server 2000大型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。 該系統(tǒng)易于維護(hù)，可滿足大型數(shù)據(jù)管理的要求，同時該管理平臺可與油田公司現(xiàn)行的工程數(shù)據(jù)庫ORACLE系統(tǒng)方便地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。 SQL Server 2000是微軟公司最新版的大型數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，其性能指標(biāo)在各方面都有趕超Oracle數(shù)據(jù)庫的趨勢。 SQL Server2000是一個功能完備的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。它包括支持開發(fā)的引擎、標(biāo)準(zhǔn)的SQL語言、擴(kuò)展的特性（如復(fù)制、OLAP、分析）、存儲過程、觸發(fā)器等特性。 易用性 SQL Server與Windows界面風(fēng)格完全一致，且有許多"向?qū)В╓izard）"幫助，因此易于安裝和學(xué)習(xí)。 兼容性良好 由于今天Windows操作系統(tǒng)占領(lǐng)著主導(dǎo)地的位，選擇SQL Server一定會在兼容性方面取得一些優(yōu)勢。另外，SQL Server 2000 除了具有擴(kuò)展性，可靠性以外，還具有可以迅速開發(fā)新的因特網(wǎng)系統(tǒng)的功能。尤其是它可以直接存貯XML數(shù)據(jù)，可以將搜索結(jié)果以XML格式輸出等特點(diǎn)，有利于構(gòu)建了異構(gòu)系統(tǒng)的互操作性，奠定了面向互聯(lián)網(wǎng)的企業(yè)應(yīng)用和服務(wù)的基石。這些特點(diǎn)在.NET 戰(zhàn)略中發(fā)揮著重要的作用。 數(shù)據(jù)倉庫 Microsoft SQL Server 2000增加了OLAP（聯(lián)機(jī)分析處理）功能。OLAP可以通過多維存儲技術(shù)對大型、復(fù)雜數(shù)據(jù)集執(zhí)行快速、高級的分析工作。數(shù)據(jù)挖掘功能能夠揭示出隱藏在大量數(shù)據(jù)中的傾向及趨勢，它允許組織或機(jī)構(gòu)最大限度的從數(shù)據(jù)中獲取價值。通過對現(xiàn)有數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分析，這一功能可以對未來的趨勢進(jìn)行預(yù)測。 （五） 計(jì)量數(shù)據(jù)綜合管理軟件系統(tǒng)。位于公司中控室的計(jì)算機(jī) （中央控制機(jī)）根據(jù)系統(tǒng)預(yù)設(shè)的時間，向各計(jì)量間RTU發(fā)出數(shù)據(jù)讀取指令，接收到指令后，各計(jì)量間RTU將流量計(jì)數(shù)據(jù)通過傳輸網(wǎng)絡(luò)返回到中控機(jī)，經(jīng)過處理后顯示并存入數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。綜合管理系統(tǒng)軟件可對數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的統(tǒng)計(jì)、分析、處理，形成各類報(bào)表及圖形，并打印輸出，供公司領(lǐng)導(dǎo)及管理部門做出科學(xué)決策提供依據(jù)。 經(jīng)過授權(quán)的用戶可以通過局域網(wǎng)瀏覽相應(yīng)的天然氣供應(yīng)情況。 具體功能為： 1. 系統(tǒng)及用戶權(quán)限管理： 公司生產(chǎn)運(yùn)行管理部門具有最高級別的權(quán)限，可對所有信息進(jìn)行查詢、維護(hù)、更新等操作； 公司領(lǐng)導(dǎo)具有最高級別的瀏覽權(quán)限，通過Web可查詢所有信息，但無權(quán)對數(shù)據(jù)修改； 天然氣集輸公司局域網(wǎng)內(nèi)用戶經(jīng)過授權(quán)后通過Web可查詢相應(yīng)信息。 2. 天然氣計(jì)量間可燃?xì)怏w泄漏檢測報(bào)警 現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集單元實(shí)時檢測天然氣計(jì)量間可燃?xì)怏w濃度，當(dāng)濃度達(dá)到報(bào)警設(shè)定值時，實(shí)時報(bào)警，減少安全隱患，提供公司安全管理水平。 3. 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表，提高員工工作效率，降低勞動強(qiáng)度 現(xiàn)場采集終端獲取流量及天然濃度等現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)后，通過CDMA1x或其它通信方式及時將數(shù)據(jù)發(fā)送到中控室監(jiān)控主機(jī)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程抄表，無需人工現(xiàn)場抄表，極大地提高了員工工作效率，降低了勞動強(qiáng)度。 4. 輸差實(shí)時監(jiān)測與管理 通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與處理，可以及時了解公司的輸差情況，及時發(fā)現(xiàn)輸差異常，減少公司經(jīng)濟(jì)損失。 5. 用戶用氣量異常分析功能 通過對用戶用氣量的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與對比，可以及時發(fā)現(xiàn)用戶用氣量發(fā)生異常，第一時間發(fā)現(xiàn)盜氣、漏氣、儀表損壞等情況,減少經(jīng)濟(jì)損失. 6. 所有靜態(tài)信息更新、維護(hù)、補(bǔ)充、查詢、打印，包括： 流量計(jì)規(guī)格、型號，檢定時間，使用年限等； 7. 天然氣計(jì)量動態(tài)信息查詢，包括： 每臺流量計(jì)的瞬時輸量、累積輸量、最近一次的檢定時間等； 8. 事件、報(bào)警記錄管理、查詢； 公司領(lǐng)導(dǎo)及管理部門可隨時查詢?nèi)我鈺r間段任意計(jì)量間所計(jì)量的天然氣輸量，并可對計(jì)量間的輸量設(shè)定報(bào)警上下限，當(dāng)單位時間內(nèi)輸量發(fā)生較大變化時，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警提示，供管理部門進(jìn)行調(diào)整。 8. 遠(yuǎn)程信息發(fā)布； 借助油田公司的內(nèi)部局域網(wǎng)，集輸公司各級領(lǐng)導(dǎo)及工作人員可在辦公室、家中或車內(nèi)通過臺式機(jī)、筆記本、PDA或手機(jī)隨時相關(guān)的計(jì)量信息。 通過有線或無線方式與油田公司局域網(wǎng)連接后，相關(guān)工作人員經(jīng)過授權(quán)即可瀏覽數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中相關(guān)的內(nèi)容。 9. 信息歸檔及存儲； 所有的天然氣計(jì)量信息（靜態(tài)及動態(tài)）全部納入大型數(shù)據(jù)庫管理平臺進(jìn)行管理，可滿足公司對計(jì)量數(shù)據(jù)執(zhí)行快速分析的要求。通過對數(shù)據(jù)潛在價值的挖掘，能夠最大限度的從數(shù)據(jù)中獲取價值。 10. 報(bào)表生成、瀏覽、打印； 根據(jù)天然氣集輸公司的具體需要及要求，可編制各類報(bào)表并打印。 11. 趨勢圖生成、瀏覽、打印； 根據(jù)天然氣集輸公司的具體需要及要求，可繪制各類趨勢圖并打印。 四、 效益分析 該系統(tǒng)投入使用后，可以達(dá)到提高天然氣集輸公司計(jì)量管理水平目的，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益及社會效益，具體表現(xiàn)在以下幾個方面： 1． 由于對計(jì)量間天然氣濃度實(shí)施了24小時連續(xù)在線監(jiān)測，當(dāng)氣體發(fā)生泄漏時，監(jiān)控室及管理部門可在第一時間做出反應(yīng)，極大地提高了生產(chǎn)的安全性； 2． 由于采用遠(yuǎn)程抄表，可大大提高目前抄表人員的工作效率，減少車輛等資源浪費(fèi)，大幅度降低公司總體運(yùn)行成本； 3． 通過對各計(jì)量間實(shí)時監(jiān)測，公司領(lǐng)導(dǎo)可實(shí)時掌握公司的輸差情況，為穩(wěn)定輸差提供科學(xué)依據(jù)； 4． 由于各計(jì)量間的運(yùn)行數(shù)據(jù)全部存入數(shù)據(jù)庫管理，可按照ISO9000的要求對流量計(jì)等數(shù)據(jù)資料進(jìn)行管理，系統(tǒng)可自動提示流量計(jì)檢定時間等信息，對提高公司管理水平具有重要的意義。