王小軍　曲柏達　張金權

摘要：GPRS是通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù) GPRS可以提供高速Web流覽，這是面向分布的服務(wù)而不是集中控制分散采集的集散系統模式。本文對城市燃氣管網(wǎng)SCADA數據無(wú)線(xiàn)傳輸的集散系統模式的可行性進(jìn)行了論述，并對需要解決的幾項關(guān)鍵技術(shù)提出了處理意見(jiàn)。

關(guān)鍵詞：燃氣  管網(wǎng)  數據   傳輸

一、 引言

    隨著(zhù)環(huán)境保護意識的增強，城市燃氣及其配套設施的建設得到了長(cháng)足的發(fā)展。為了保證城市燃氣系統的安全性及經(jīng)濟性，部分城市燃氣管網(wǎng)采用光纖通信、微波通信、專(zhuān)線(xiàn)接入、衛星通信等幾種方式對SCADA （Supervisory Control And Data Acquisition）數據進(jìn)行遠傳，實(shí)現對管網(wǎng)的遠程監測及控制。但是，由于建設成本較高，工程建設受到地形地貌、城市建筑和無(wú)線(xiàn)頻率的限制，日常維護工作繁雜，所以大大增加了燃氣管網(wǎng)的運營(yíng)成本，同時(shí)還存在著(zhù)通信資源的浪費。
    目前，我國所有城市市區都被移動(dòng)公網(wǎng)無(wú)縫覆蓋，若能利用國家公共移動(dòng)通信網(wǎng)為城市燃氣SCADA系統提供無(wú)線(xiàn)傳輸通道，則不需要在傳輸線(xiàn)路上進(jìn)行投資，節省建設費用，也可避開(kāi)地形地貌、城市建筑、城市交通等地理環(huán)境的干擾，經(jīng)濟、靈活，因而具有廣闊的市場(chǎng)前景。

二、 發(fā)展現狀

    在輸氣管道控制方面，國內外都進(jìn)行了研究，但目前均采用建設成本較高和建設難度大的光纖通信、衛星通信和微波通信等方式作為通信信道。利用國家公共移動(dòng)通信網(wǎng)的資源為城市燃氣SCADA數據提供無(wú)線(xiàn)通道的相關(guān)技術(shù)，國內外均未見(jiàn)報導。 經(jīng)過(guò)科技文獻查新檢索，也未發(fā)現此類(lèi)專(zhuān)利或文獻。

    目前，無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信網(wǎng)還沒(méi)有給SCADA系統提供通信接口，SCADA系統的控制單元（RTU）的遠程通訊鏈路也只提供了常規的VHF/UHF的DFMRADIO、集群RADIO、專(zhuān)線(xiàn)（光纖、DDN）、模擬微波和數字微波通信接口，并沒(méi)有提供無(wú)線(xiàn)公共移動(dòng)數字網(wǎng)的通信接口，因此，要實(shí)現城市燃氣管網(wǎng)SCADA數據的無(wú)線(xiàn)傳輸，必須解決相關(guān)的接口問(wèn)題。

    研制GSM/GPRS 石油天然氣管道測量參數傳送設備是很有意義的。GPRS是通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)，是在GSM移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò )上實(shí)現高速移動(dòng)數據業(yè)務(wù)，其帶寬和通過(guò)現有的標準數據業(yè)務(wù)的無(wú)縫連接，GPRS可以提供高速Web流覽，這是面向分布的服務(wù)而不是集中控制分散采集的集散系統模式。中國石油通信公司已經(jīng)研制了GPRS（30K―100K）通信控制模塊，中國移動(dòng)集團提供的技術(shù)對接關(guān)系（保密的底層協(xié)議）是研制GPRS通信控制模塊的技術(shù)基礎。中國移動(dòng)集團提供的技術(shù)對接關(guān)系（保密的底層協(xié)議）的GPRS通信控制監控基站，這是具有自主知識產(chǎn)權的特定設備。

三、 無(wú)線(xiàn)解決方案

    城市燃氣輸配管網(wǎng)是一個(gè)綜合設施，主要由天然氣輸配管網(wǎng)、儲配站、調壓計量站、控制設施和運行管理等部分組成。城市燃氣輸配管網(wǎng)的通信傳輸與監測監控系統主要完成控制和運行管理操作部分的功能。

1、 系統組成

    基于無(wú)線(xiàn)傳輸的城市燃氣輸配管網(wǎng)系統如圖一所示。城市燃氣輸配管網(wǎng)的通信傳輸與監測監控系統由現場(chǎng)I/O控制設備、通信傳輸設備和中心站設備三部分組成?，F場(chǎng)I/O控制及通信傳輸設備由遠端收發(fā)處理裝置、移動(dòng)通信直放站（移動(dòng)通信方式）、城市公共通信網(wǎng)和中心端收發(fā)裝置組成；中心站系統由中心站設備、網(wǎng)管系統、CRT和操作控制臺組成。

圖1系統組成

2、工作原理
   

    在城市燃氣輸配管網(wǎng)的儲配站和調壓計量站等節點(diǎn)中加入遠端收發(fā)處理裝置，遠端收發(fā)處理裝置的標準接口與計量器、調壓器和氣質(zhì)檢測儀表的控制接口相連，用于監測和控制流量、壓力和氣質(zhì)等參數。中心端收發(fā)處理裝置通過(guò)城市公共通信網(wǎng)與遠端收發(fā)處理裝置建立通信通道，把遠端的參數發(fā)送到中心站，同時(shí)中心站把控制信號發(fā)送到遠端裝置，實(shí)現數據采集、統計、分析、輸出和現場(chǎng)控制。  

3、需要解決的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題

    在GSM網(wǎng)絡(luò )中加入服務(wù)支持節點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)支持節點(diǎn)就可改造成30Kb/s的寬帶網(wǎng)。GPRS是通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)，是在GSM移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò )基礎上實(shí)現高速移動(dòng)數據業(yè)務(wù)，該業(yè)務(wù)可實(shí)現與現有的標準數據業(yè)務(wù)無(wú)縫連接。因此，中國移動(dòng)集團提供的技術(shù)對接關(guān)系（保密的底層協(xié)議）是相關(guān)開(kāi)發(fā)的技術(shù)基礎。以下兩項技術(shù)的開(kāi)發(fā)是城市燃氣管網(wǎng)SCADA數據無(wú)線(xiàn)傳輸的關(guān)鍵：

（1）基于GSM/GPRS公共移動(dòng)數字電信網(wǎng)的石油天然氣管道運行參數接口單元

    參數接口單元裝置如圖二所示。主要實(shí)現以下功能：

    節點(diǎn)測量參數通過(guò)RTU以RS232方式接收數據，并兩次拆分數據，以分組報文編碼形式，打包成符合移動(dòng)通訊方式傳送。

    檢測基站是否已接收到信息，并作相應處理。當基站沒(méi)有接收到該信息時(shí)，設備自主從內部存儲器調出數據，采用再發(fā)送方式。

    提供相應的數字可靠性的設計方案。對數據的接收發(fā)送分別由各自的控制器完成，主控制器和相應支持軟件協(xié)調完成整個(gè)系統的工作。數據比較模塊是通過(guò)傳送的兩次數據進(jìn)行比較作相應處理。

    設有可編程與顯示接口，可對系統進(jìn)行調試，預設發(fā)送閾值、發(fā)送模式，實(shí)現以下功能：
    ① 上位命令再發(fā)送數據；
    ② 定時(shí)發(fā)送數據；
    ③ 事件發(fā)送數據。

（2） 基于GSM/GPRS公共移動(dòng)數字電信網(wǎng)的傳輸基站接口單元

    傳輸基站接口單元裝置如圖三所示。主要實(shí)現以下功能：

    基站通過(guò)GSM/GPRS網(wǎng)接收節點(diǎn)測量參數，對其數據進(jìn)行分組報文解碼，并兩次進(jìn)行拆分數據的逆運算（數據整合）。

    檢測基站已接收信息的完整性，作相應處理。當基站接收到的信息判斷不完整時(shí)，主動(dòng)發(fā)送再傳送命令。

    系統提供相應的數字的可靠性的設計方案。

    設計相應的數據庫，記錄、查詢(xún)、檢索相關(guān)石油天然氣管道輸運參數數據及相關(guān)傳送數據。

    在以上兩項關(guān)鍵技術(shù)解決的基礎上，通過(guò)開(kāi)發(fā)基于GSM/GPRS/CDMA等移動(dòng)通信技術(shù)的具有無(wú)線(xiàn)通信收發(fā)控制模塊和RTU功能的遠端收發(fā)處理裝置、基于PSTN技術(shù)的具有有線(xiàn)通信收發(fā)控制模塊和RTU功能的遠端收發(fā)處理裝置、中心站的收發(fā)處理裝置、基于GSM/GPRS/CDMA等移動(dòng)通信技術(shù)的直放站及應用軟件，開(kāi)發(fā)GSM/GPRS通信監控基站、 GPRS直放站。中國移動(dòng)集團提供的技術(shù)對接關(guān)系（保密的底層協(xié)議）是研制GSM/GPRS通信控制模塊的技術(shù)基礎。中油管道電力通信工程公司已和中國移動(dòng)通信集團就接入技術(shù)初步達成協(xié)議。

四、 結論

    從以上分析可以發(fā)現，通過(guò)與無(wú)線(xiàn)通信服務(wù)商合作，對關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行聯(lián)合攻關(guān)，完全可以解決城市燃氣輸配管網(wǎng)RTU設備與控制中心站之間的SCADA數據無(wú)線(xiàn)傳輸問(wèn)題。同時(shí)，伴隨者相關(guān)技術(shù)協(xié)議及通信接口的實(shí)現，這種傳輸系統還可推廣應用到城市交通信號燈控制、智能小區、家庭抄表和自動(dòng)售貨等系統中，二次開(kāi)發(fā)的前景廣闊。目前，中油管道電力通信工程公司已和中國移動(dòng)通信集團就接入技術(shù)協(xié)議的研發(fā)初步達成協(xié)議。