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王小軍　曲柏達　張金權(quán)

摘要：GPRS是通用分組無線業(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(tǒng)模式。本文對城市燃氣管網(wǎng)SCADA數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)募⑾到y(tǒng)模式的可行性進行了論述，并對需要解決的幾項關(guān)鍵技術(shù)提出了處理意見。

關(guān)鍵詞：燃氣  管網(wǎng)  數(shù)據(jù)   傳輸

一、 引言

    隨著環(huán)境保護意識的增強，城市燃氣及其配套設(shè)施的建設(shè)得到了長足的發(fā)展。為了保證城市燃氣系統(tǒng)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、專線接入、衛(wèi)星通信等幾種方式對SCADA （Supervisory Control And Data Acquisition）數(shù)據(jù)進行遠傳，實現(xiàn)對管網(wǎng)的遠程監(jiān)測及控制。但是，由于建設(shè)成本較高，工程建設(shè)受到地形地貌、城市建筑和無線頻率的限制，日常維護工作繁雜，所以大大增加了燃氣管網(wǎng)的運營成本，同時還存在著通信資源的浪費。
    目前，我國所有城市市區(qū)都被移動公網(wǎng)無縫覆蓋，若能利用國家公共移動通信網(wǎng)為城市燃氣SCADA系統(tǒng)提供無線傳輸通道，則不需要在傳輸線路上進行投資，節(jié)省建設(shè)費用，也可避開地形地貌、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前景。

二、 發(fā)展現(xiàn)狀

    在輸氣管道控制方面，國內(nèi)外都進行了研究，但目前均采用建設(shè)成本較高和建設(shè)難度大的光纖通信、衛(wèi)星通信和微波通信等方式作為通信信道。利用國家公共移動通信網(wǎng)的資源為城市燃氣SCADA數(shù)據(jù)提供無線通道的相關(guān)技術(shù)，國內(nèi)外均未見報導(dǎo)。 經(jīng)過科技文獻查新檢索，也未發(fā)現(xiàn)此類專利或文獻。

    目前，無線移動通信網(wǎng)還沒有給SCADA系統(tǒng)提供通信接口，SCADA系統(tǒng)的控制單元（RTU）的遠程通訊鏈路也只提供了常規(guī)的VHF/UHF的DFMRADIO、集群RADIO、專線（光纖、DDN）、模擬微波和數(shù)字微波通信接口，并沒有提供無線公共移動數(shù)字網(wǎng)的通信接口，因此，要實現(xiàn)城市燃氣管網(wǎng)SCADA數(shù)據(jù)的無線傳輸，必須解決相關(guān)的接口問題。

    研制GSM/GPRS 石油天然氣管道測量參數(shù)傳送設(shè)備是很有意義的。GPRS是通用分組無線業(yè)務(wù)，是在GSM移動通訊網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)高速移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，其帶寬和通過現(xiàn)有的標準數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的無縫連接，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(tǒng)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(chǔ)。中國移動集團提供的技術(shù)對接關(guān)系（保密的底層協(xié)議）的GPRS通信控制監(jiān)控基站，這是具有自主知識產(chǎn)權(quán)的特定設(shè)備。

三、 無線解決方案

    城市燃氣輸配管網(wǎng)是一個綜合設(shè)施，主要由天然氣輸配管網(wǎng)、儲配站、調(diào)壓計量站、控制設(shè)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(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)主要完成控制和運行管理操作部分的功能。

1、 系統(tǒng)組成

    基于無線傳輸?shù)某鞘腥細廨斉涔芫W(wǎng)系統(tǒng)如圖一所示。城市燃氣輸配管網(wǎng)的通信傳輸與監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)由現(xiàn)場I/O控制設(shè)備、通信傳輸設(shè)備和中心站設(shè)備三部分組成。現(xiàn)場I/O控制及通信傳輸設(shè)備由遠端收發(fā)處理裝置、移動通信直放站（移動通信方式）、城市公共通信網(wǎng)和中心端收發(fā)裝置組成；中心站系統(tǒng)由中心站設(shè)備、網(wǎng)管系統(tǒng)、CRT和操作控制臺組成。

圖1系統(tǒng)組成

2、工作原理
   

    在城市燃氣輸配管網(wǎng)的儲配站和調(diào)壓計量站等節(jié)點中加入遠端收發(fā)處理裝置，遠端收發(fā)處理裝置的標準接口與計量器、調(diào)壓器和氣質(zhì)檢測儀表的控制接口相連，用于監(jiān)測和控制流量、壓力和氣質(zhì)等參數(shù)。中心端收發(fā)處理裝置通過城市公共通信網(wǎng)與遠端收發(fā)處理裝置建立通信通道，把遠端的參數(shù)發(fā)送到中心站，同時中心站把控制信號發(fā)送到遠端裝置，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計、分析、輸出和現(xiàn)場控制。  

3、需要解決的幾個關(guān)鍵問題

    在GSM網(wǎng)絡(luò)中加入服務(wù)支持節(jié)點和網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點就可改造成30Kb/s的寬帶網(wǎng)。GPRS是通用分組無線業(yè)務(wù)，是在GSM移動通訊網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上實現(xiàn)高速移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，該業(yè)務(wù)可實現(xiàn)與現(xiàn)有的標準數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)無縫連接。因此，中國移動集團提供的技術(shù)對接關(guān)系（保密的底層協(xié)議）是相關(guān)開發(fā)的技術(shù)基礎(chǔ)。以下兩項技術(shù)的開發(fā)是城市燃氣管網(wǎng)SCADA數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)年P(guān)鍵：

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

    參數(shù)接口單元裝置如圖二所示。主要實現(xiàn)以下功能：

    節(jié)點測量參數(shù)通過RTU以RS232方式接收數(shù)據(jù)，并兩次拆分數(shù)據(jù)，以分組報文編碼形式，打包成符合移動通訊方式傳送。

    檢測基站是否已接收到信息，并作相應(yīng)處理。當基站沒有接收到該信息時，設(shè)備自主從內(nèi)部存儲器調(diào)出數(shù)據(jù)，采用再發(fā)送方式。

    提供相應(yīng)的數(shù)字可靠性的設(shè)計方案。對數(shù)據(jù)的接收發(fā)送分別由各自的控制器完成，主控制器和相應(yīng)支持軟件協(xié)調(diào)完成整個系統(tǒng)的工作。數(shù)據(jù)比較模塊是通過傳送的兩次數(shù)據(jù)進行比較作相應(yīng)處理。

    設(shè)有可編程與顯示接口，可對系統(tǒng)進行調(diào)試，預(yù)設(shè)發(fā)送閾值、發(fā)送模式，實現(xiàn)以下功能：
    ① 上位命令再發(fā)送數(shù)據(jù)；
    ② 定時發(fā)送數(shù)據(jù)；
    ③ 事件發(fā)送數(shù)據(jù)。

（2） 基于GSM/GPRS公共移動數(shù)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。主要實現(xiàn)以下功能：

    基站通過GSM/GPRS網(wǎng)接收節(jié)點測量參數(shù)，對其數(shù)據(jù)進行分組報文解碼，并兩次進行拆分數(shù)據(jù)的逆運算（數(shù)據(jù)整合）。

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

    系統(tǒng)提供相應(yīng)的數(shù)字的可靠性的設(shè)計方案。

    設(shè)計相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，記錄、查詢、檢索相關(guān)石油天然氣管道輸運參數(shù)數(shù)據(jù)及相關(guān)傳送數(shù)據(jù)。

    在以上兩項關(guān)鍵技術(shù)解決的基礎(chǔ)上，通過開發(fā)基于GSM/GPRS/CDMA等移動通信技術(shù)的具有無線通信收發(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等移動通信技術(shù)的直放站及應(yīng)用軟件，開發(fā)GSM/GPRS通信監(jiān)控基站、 GPRS直放站。中國移動集團提供的技術(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(chǔ)。中油管道電力通信工程公司已和中國移動通信集團就接入技術(shù)初步達成協(xié)議。

四、 結(jié)論

    從以上分析可以發(fā)現(xiàn)，通過與無線通信服務(wù)商合作，對關(guān)鍵技術(shù)進行聯(lián)合攻關(guān)，完全可以解決城市燃氣輸配管網(wǎng)RTU設(shè)備與控制中心站之間的SCADA數(shù)據(jù)無線傳輸問題。同時，伴隨者相關(guān)技術(shù)協(xié)議及通信接口的實現(xiàn)，這種傳輸系統(tǒng)還可推廣應(yīng)用到城市交通信號燈控制、智能小區(qū)、家庭抄表和自動售貨等系統(tǒng)中，二次開發(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通信集團就接入技術(shù)協(xié)議的研發(fā)初步達成協(xié)議。